热电制冷技术教材.pptx

热电制冷技术的发展与应用 ;Company Logo;一、制冷原理;1、五种效应;;;;2、热电制冷的产冷量;3、制冷原理; 把若干对半导体热电偶在电路上串联起来。而在传热方面则是并联的，这就构成了一个常见的制冷热电堆。接上直流电源后，这个热电堆的上面是冷端，下面是热端。借助热交换器等各种传热手段，使热电堆的热端不断散热并且保持一定的温度，把热电堆的冷端放到工作环境中取吸热降温，这就是热电制冷器的工作原理。; 热电制冷是一种不用制冷剂、没有运动件的电器。它的热电堆起着普通制冷压缩机的作用，冷端及其热交换器相当于普通制冷装置的蒸发器，而热端及其热交换器相当于冷凝器。通电时，自由电子和空穴在外电场的作用下，离开热电堆的冷端想热端运动，相当于制冷剂在制冷压缩机中的压缩过程。在热电堆的冷端，通过热交换器吸热，同时产生电子-空穴对，这相当于制冷剂在蒸发器中吸热和蒸发。在热电堆的热端，发生电子-空穴对的复合，同时通过热交换器散热，相当于制冷剂在冷凝器的放热和凝结。;一对电偶消耗的电功率为：; 使制冷器获得最大的制冷量是设计追求的指标之一。从制冷量的计算式可知，当工作温度、半导体材料性质和几何尺寸一定时，制冷量的大小只与电流有关。帕耳帖热越大，焦耳热越大，则制冷量越大。帕耳帖热与电流成正比，焦耳热与电流的平方成正比，故存在着使制冷量最大的电流，求导，得到最佳电流和最大制冷量：; 根据前面关于热点效应的讨论，显然对于热电材料的特性可得以下结论 （1）为了产生大的制冷效能，温差电动势要相当高，它是所选电偶材料的函数，该电动势是随温度变化的塞贝克电压。 （2）电阻率要低，否则电阻产生的热可能超过制冷效能。 （3）要维持冷热节点之间有一个大的温差，导热系数要低。 通常，把这三个因素综合成优质系数Z，这个值是衡量热电器件材料有用性的指标.; Z是热电偶的优值系数，是衡量热电偶对的最佳因素，它的值只与电偶的材料的物理性质有关，反映了电偶的热电特性。Z值越大，则制冷量，制冷效率也越大，因此，提高优值系数是改???半导体制冷性能的根本措施。图1为制冷量，性能系数，冷热端温差三者之间的关系，图2为Z值与温差之间的关系;3、多级制冷热电堆;如果选取 ，则 ;多级热电制冷器的实验数据;;;4、热电制冷器的散热方式;;二、应用方向;1、小型恒温器 小型恒温器是由一个或几个制冷模块构成。用来使一些需要在恒定温度下工作的电子器件保持恒温。比如石英晶体振荡器、锗三极管或精密电阻等元器件。 2、 热电设备在热能传感器中的应用 目前已经开发了以帕尔帖效应或塞贝克效应为原理的许多新型热能传感器。这些新颖的传感器与常规传感器相比性能已经提高了不少。如低温热流传感器、超声波亮度传感器、冷凝水探测器、流体流动传感器、红外传感器、薄膜热电传感器都是热电热能传感器。 3、 医疗保健、生物工程 婴儿保育箱对温度、湿度要求较高，采用电加热升温和压缩式制冷降温的保 育箱系统复杂、笨重，而且升温时电能利用效率低，降温时压缩机产生振动和噪声。利用热电热泵可使整个设备简化和轻量化，安静可靠，温度、湿度控制更为方便；使用同样容量的蓄电池，路途时间可以延长 1.8-3.6 倍。 4、集成电路、电子设备系统冷却 集成电路、电子设备系统通过热电制冷技术降温，既可以采用热电制冷模块 与散热器结合，对电子元件进行局部冷却，也可以通过独立的热电制冷装置 对其进行整体降温;半导体除湿机介绍;除湿过程中，湿空气的含湿量由d1变为d2，温度由t1冷却为t2,除湿量为：; 对半导体制冷的特点进行分析：其最大的缺点就是制冷效率低，在车载冰箱中或者除湿机中，它的制冷或者除湿效率明显低于压缩式制冷设备或者除湿设备，这一点极大的限制了热电制冷的发展。但是，由于高效能源开发与节能的技术及设备，成为必然的发展趋势。半导体制冷技术正是在这种呼声中应运而生。它尺寸小、重量轻、无任何机械转动部分，工作中没有噪音、不必使用液态或气态工质，因而不造成环境污染、且“制冷”“制热”运用自如、作用速度快、使用寿命长又易于控制。 1、由于不使用制冷剂，消除了制冷剂泄漏对人体造成的伤害 2、由于没有运动部件，在运行时，无噪音，无振动，无磨损。因此，工序可靠，维护方便，使用寿命长。 3、热电制冷器的容易尺寸宜于小型化，这是一般制冷技术所办不到的。小型热电制冷器的产冷量一般在几瓦到几十瓦之间，他的效率与容量大小无关，只取决于热电堆的工作条件。微型热电制冷器的??积和尺寸是相当小的。例如可以达到零下100度的四级复叠式式半导体制冷器，他的产冷量只有几十毫瓦，外形大小跟一只香烟盒相仿。 4、热电制冷装置可以通过调节工