制冷片也叫熱電半導(dǎo)體制冷組件,帕爾貼等,是指一種分為兩面,一面吸熱,一面散熱,起到導(dǎo)熱的貼片,本身不會產(chǎn)生冷
半導(dǎo)體制冷器是由半導(dǎo)體所組成的一種冷卻裝置,于1960左右才出現(xiàn),然而其理論基礎(chǔ)Peltier effect可追溯到19世紀。如圖是由X及Y兩種不同的金屬導(dǎo)線所組成的封閉線路。
通上電源之后,冷端的熱量被移到熱端,導(dǎo)致冷端溫度降低,熱端溫度升高,這就是著名的Peltier effect 。這現(xiàn)象最早是在1821年,由一位德國科學(xué)家Thomas Seeback首先發(fā)現(xiàn),不過他當時做了錯誤的推論,并沒有領(lǐng)悟到背后真正的科學(xué)原理。到了1834年,一位法國表匠,同時也是兼職研究這現(xiàn)象的物理學(xué)家 Jean Peltier,才發(fā)現(xiàn)背后真正的原因,這個現(xiàn)象直到近代隨著半導(dǎo)體的發(fā)展才有了實際的應(yīng)用,也就是[致冷器]的發(fā)明(注意,這種叫致冷器,還不叫半導(dǎo)體致冷器)。
三、半導(dǎo)體致冷法的原理以及結(jié)構(gòu):
半導(dǎo)體熱電偶由N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體組成。N型材料有多余的電子,有負溫差電勢。P型材料電子不足,有正溫差電勢;當電子從P型穿過結(jié)點至N型時,結(jié)點的溫度降低,其能量必然增加,而且增加的能量相當于結(jié)點所消耗的能量。相反,當電子從N型流至P型材料時,結(jié)點的溫度就會升高。
直接接觸的熱電偶電路在實際應(yīng)用中不可用,所以用下圖的連接方法來代替,實驗證明,在溫差電路中引入第三種材料(銅連接片和導(dǎo)線)不會改變電路的特性。
這樣,半導(dǎo)體元件可以用各種不同的連接方法來滿足使用者的要求。把一個P型半導(dǎo)體元件和一個N型半導(dǎo)體元件聯(lián)結(jié)成一對熱電偶,接上直流電源后,在接頭處就會產(chǎn)生溫差和熱量的轉(zhuǎn)移。
在上面的接頭處,電流方向是從N至P,溫度下降并且吸熱,這就是冷端;而在下面的一個接頭處,電流方向是從P至N,溫度上升并且放熱,因此是熱端。
因此是半導(dǎo)體致冷片由許多N型和P型半導(dǎo)體之顆粒互相排列而成,而N/P之間以一般的導(dǎo)體相連接而成一完整線路,通常是銅、鋁或其他金屬導(dǎo)體,最后由兩片陶瓷片像夾心餅乾一樣夾起來,陶瓷片必須絕緣且導(dǎo)熱良好,
半導(dǎo)體制冷片作為特種冷源,在技術(shù)應(yīng)用上具有以下的優(yōu)點和特點:
1、 不需要任何制冷劑,可連續(xù)工作,沒有污染源沒有旋轉(zhuǎn)部件,不會產(chǎn)生回轉(zhuǎn)效應(yīng),沒有滑動部件是一種固體片件,工作時沒有震動、噪音、壽命長,安裝容易。
2、 半導(dǎo)體制冷片具有兩種功能,既能制冷,又能加熱,制冷效率一般不高,但制熱效率很高,永遠大于1。因此使用一個片件就可以代替分立的加熱系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)。
3、 半導(dǎo)體制冷片是電流換能型片件,通過輸入電流的控制,可實現(xiàn)高精度的溫度控制,再加上溫度檢測和控制手段,很容易實現(xiàn)遙控、程控、計算機控制,便于組成自動控制系統(tǒng)。
4、 半導(dǎo)體制冷片熱慣性非常小,制冷制熱時間很快,在熱端散熱良好冷端空載的情況下,通電不到一分鐘,制冷片就能達到溫差。
5、 半導(dǎo)體制冷片的反向使用就是溫差發(fā)電,半導(dǎo)體制冷片一般適用于中低溫區(qū)發(fā)電。
6、 半導(dǎo)體制冷片的單個制冷元件對的功率很小,但組合成電堆,用同類型的電堆串、并聯(lián)的方法組合成制冷系統(tǒng)的話,功率就可以做的很大,因此制冷功率可以做到幾毫瓦到上萬瓦的范圍。
7、 半導(dǎo)體制冷片的溫差范圍,從正溫90℃到負溫度130℃都可以實現(xiàn)。