半導體製冷原理是什麼
到了二十世紀五十年代隨著半導體材料的迅猛發展,熱電製冷器才逐漸從實驗室走向工程實踐,在國防、工業、農業、醫療和日常生活等領域獲得應用,大到可以做核潛艇的空調,小到可以用來冷卻紅外線探測器的探頭,因此通常又把熱電製冷器稱為半導體製冷器。
採用半導體材料碲化鉍做成N型和P型兩種半導體熱電偶,用模式的方法組成半導體致冷器件。吸收熱量和放出熱 量的大小由電流大小不決定。
半導體的製冷和制熱,都是應用溫差電效應的結果。當有電流通過半導體製冷片時,就會在一端發熱、另一端降溫——產生溫差,即一端制熱、另一端製冷。冰箱和空調都是利用這種效應。 因為在通過半導體製冷片的電流等條件一定時,在一端發熱、另一端降溫所造成的溫度差是一定的,所以當降低熱端溫度時,相應地冷端的溫度也將要降低,從而能夠達到更好的在冷端製冷。 相反,若在半導體製冷片的兩端人為地造成溫度差,就會在兩端之間產生電壓和電流——溫差生電。兩端的溫差越大,產生的電壓和電流也就越大。 總之,這裡關鍵的問題是溫度差,而不是一端溫度本身的高低。
半導體製冷片製冷原理 原理圖 半導體製冷片(TE)也叫熱電製冷片,是一種熱泵,它的優點是沒有滑動部件,應用在一些空間受到限制,可靠性要求高,無製冷劑污染的場合。 半導體製冷片的工作運轉是用直流電流,它既可製冷又可加熱,通過改變直流電流的極性來決定在同一製冷片上實現製冷或加熱,這個效果的產生就是通過熱電的原理,上圖就是一個單片的製冷片,它由兩片陶瓷片組成,其中間有N型和P型的半導體材料(碲化鉍),這個半導體元件在電路上是用串聯形式連接組成. 半導體製冷片的工作原理是:當一塊N型半導體材料和一塊P型半導體材料連結成電偶對時,在這個電路中接通直流電流後,就能產生能量的轉移,電流由N型元件流向P型元件的接頭吸收熱量,成為冷端由P型元件流向N型元件的接頭釋放熱量,成為熱端。吸熱和放熱的大小是通過電流的大小以及半導體材料N、P的元件對數來決定。製冷片內部是由上百對電偶聯成的熱電堆(如右圖),以達到增強製冷(制熱)的效果。以下三點是熱電製冷的溫差電效應。
在原理上,半導體的製冷片只能算是一個熱傳遞的工具,雖然製冷片會主動為晶片散熱,但依然要將熱端的高於晶片的發熱量散發掉。
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單級蒸汽壓縮製冷系統,是由製冷壓縮機、冷凝器、蒸發器和節流閥四個基本部件組成。它們之間用管道依次連接,形成一個密閉的系統,製冷劑在系統中不斷地迴圈流動,發生狀態變化,與外界進行熱量交換。 液體製冷劑在蒸發器中吸收被冷卻的物體熱量之後,汽化成低溫低壓的蒸汽、被壓縮機吸入、壓縮成高壓高溫的蒸汽後排入冷凝器、在冷凝器中向冷卻介質(水或空氣)放熱,冷凝為高壓液體、經節流閥節流為低壓低溫的製冷劑、再次進入蒸發器吸熱汽化,達到迴圈製冷的目的。這樣,製冷劑在系統中經過蒸發、壓縮、冷凝、節流四個基本過程完成一個製冷迴圈。 在製冷系統中,蒸發器、冷凝器、壓縮機和節流閥是製冷系統中必不可少的四大件,這當中蒸發器是輸送冷量的設備。製冷劑在其中吸收被冷卻物體的熱量實現製冷。壓縮機是心臟,起著吸入、壓縮、輸送製冷劑蒸汽的作用。冷凝器是放出熱量的設備,將蒸發器中吸收的熱量連同壓縮機功所轉化的熱量一起傳遞給冷卻介質帶走。節流閥對製冷劑起節流降壓作用、同時控制和調節流入蒸發器中製冷劑液體的數量,並將系統分為高壓側和低壓側兩大部分。實際製冷系統中,除上述四大件之外,常常有一些輔助設備,如電磁閥、分配器、乾燥器、集熱器、易熔塞、壓力控制器等部件組成,它們是為了提高運行的經濟性,可靠性和安全性而設置的。
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⒈無氟冰箱的壓縮機與普通冰箱的壓縮機結構不同,工作狀態也存在較大的差異。無氟冰箱運轉時,壓縮機的低壓吸氣管呈負壓狀態,而高壓排氣管的壓力較普通壓縮機要大,因此壓縮機的溫度也相對較高,使用時要注意加強冰箱的散熱,特別是壓縮機周圍的散熱空間要大,以提高冰箱的製冷效果和延長冰箱使用壽命。 ⒉無氟冰箱一般採用R-134a或R—600a作製冷劑,系統內的潤滑油、密封材料等與普通冰箱使用的材料截然不同,並且生產工藝要求也很高。
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最簡單的製冷由四大要件組成:①壓縮機;②冷凝器;③節流閥;④蒸發器; 我們日常使用的電冰箱,正好由這四要件加上箱體組成,箱體就好像冷庫。不過電 冰箱上的③節流閥在技術上由相同作用的毛細管替代。首先講講什麼叫製冷。製冷 兩字只能說是技術上的術語,嚴格講是錯誤的,世界上沒有那國的科學家能製造出 “冷”來。那到底什麼是冷,先舉例說明:在寒冬臘月,氣溫降到-5℃,我們說 今天天氣真冷,可東北人說不冷;在大伏天,氣溫在+32℃時,我們會說不算熱, 但氣溫突然降到+25℃,我們會說太冷了;這冷是隨著人的常識來定的,在物理學 中沒有冷的定義。在工程中冷是跟著生產需要而定的。如老總問,冷庫打冷了嗎? 你說打冷了,這個冷是指-18℃;老總問,水果庫溫度穩定嗎?你說很穩定,這回 答的含義是水果庫溫度穩定在±0℃了,這是我們這個行業對冷的定義。但是我們 還是把這種利用機械設備把降溫物件降到所需溫度的方法叫製冷,這就是術語。
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飲水機不製冷的原因及解決辦法: 電子製冷片壞,電子製冷片是製冷的核心部件,如果其損壞飲水機將無法製冷;風扇壞,風扇壞後因散熱片溫度不能及時散發故從涼水龍頭接出的水是熱的或是高同室溫水的溫度,遇到這種情況應該及時關閉製冷開關,風扇工作不正常通電工作將很容易導致製冷片的損壞! 壓縮機製冷飲水機不製冷 指示燈不亮,二種原因引起此故障: 製冷溫控器壞,引導整機不通電,故飲水機不製冷;電源開關壞也會導致飲水機整機不通電。 飲水機製冷但製冷效果不好,壓縮機製冷型,製冷溫控器老化: 造成其性能下降,溫控動作遲緩,在應該啟動工作的時候而不啟動工作;壓縮機漏氟,造成壓縮機工作效率下降,製冷慢;電子製冷飲水機當風扇老化後轉速下降,散熱能力下降,製冷時間大大加長。
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一、空調制熱:空調制熱時,氣體氟利昂被壓縮機加壓,成為高溫高壓氣體,進入室內機的換熱器(此時為冷凝器),冷凝液化放熱,成為液體,同時將室內空氣加熱,從而達到提高室內溫度的目的。液體氟利昂經節流裝置減壓,進入室外機的換熱器(此時為蒸發器),蒸發氣化吸熱,成為氣體,同時吸取室外空氣的熱量(室外空氣變得更冷)。成為氣體的氟利昂再次進入壓縮機開始下一個迴圈。二、空調製冷:空調製冷時,氣體氟利昂被壓縮機加壓,成為高溫高壓氣體,進入室外機的換熱器(此時為冷凝器),冷凝液化放熱,成為液體,同時熱量向大氣釋放。液體氟利昂經節流裝置減壓,進入室內機的換熱器(此時為蒸發器),蒸發氣化吸熱,成為氣體,同時吸取室內空氣的熱量,從而達到降低室內溫度的目的。成為氣體的氟利昂再次進入壓縮機開始下一個迴圈。通過以上氟利昂的液化和氣化的過程,熱量在蒸發器處吸取,轉移到冷凝器處釋放,從而實現熱量的轉移,達到制熱、製冷的目的。
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