制冷器分类的不同作用

来源:鞍山核心电子技术有限公司 作者:核心电子

  目前,面向市场提供的有各种功率型号的半导体制冷器、温差热电致冷片、导热硅片、温度控制器、半导体空调机、导热界面材料、钻孔水溶性铝盖板,以及相关的配件如散热片,风扇等等。

  制冷器中最常用的半导体制冷器。这种制冷器用导体连接两块不同的金属,接通直流电,则一个接点处温度降低,另一个接点处温度升高。若将电源反接,则接点处的温度相反变化。这一现象称为珀耳帖效应,又称热-电效应。纯金属的热-电效应很小,若用一个N型半导体和一个P型半导体代替金属,效应就大得多。图为半导体制冷的工作原理。接通电源后,上接点附近产生电子-空穴对,内能减小,温度降低,向外界吸热,称为冷端。另一端因电子-空穴对复合,内能增加,温度升高,并向环境放热,称为热端。

  一对半导体热电元件所产生的温差和冷量都很小,实用的半导体制冷器是由很多对热电元件经并联、串联组合而成,也称热电堆。单级热电堆可得到大约60℃的温差,即冷端温度可达-10~-20℃。增加热电堆级数即可使两端的温差加大。但级数不宜过多,一般为2~3级。半导体制冷器具有无噪声、无振动、不需制冷剂、体积小、重量轻等特点,且工作可靠,操作简便,易于进行冷量调节。但它的制冷系数较小,电耗量相对较大,故它主要用于耗冷量小和占地空间小的场合,如电子设备和无线电通信设备中某些元件的冷却;有的也用于家用冰箱,但不经济。半导体制冷器还可做成零点仪,用来保证热电偶测温中的零点温度。

  引言半导体制冷,又称为温差电制冷,它是利用珀尔帖效应来实现迅速制冷的。和一般的压缩式和吸收式制冷机相比,它具有无运动部件、设备体积小、操作简便、温度易于控制、稳定性好等优点。国内外许多学者从不同的角度对半导体单级制冷进行了研究,得到了许多有意义的结论。

  一个标准的单级热电制冷器可以达到的最大温差大约是72℃。通过机械的将多个制冷器层叠的堆放在一起,从而使一个制冷器的冷端面安装在其上一级的另一个制冷器的热端面上,可以将最大温差提高到130℃。这种堆叠方式叫做级联或者多级制冷器布局。一般情况下(并不是大多数情况),多级制冷器具有金字塔的形状,这样高一级制冷器的体积比低一级制冷器小。然而不论形状大小,与高一级制冷器相比,低一级的制冷器总是需要有更大的制冷量。尽管目前已经有能力制造超过六级或七级的多级式布局,但是一般情况下都是使用2-4级的布局。

  限制多级制冷器性能的关键因素与热电半导体材料随温度变化的性能有关、在大多数器件中使用的碲化铋合金的性能最优值出现在70℃,并且低温下性能会降低。所以,一般来的说,多级制冷器随着级数的增加,其DT的增加值会越来越小。

  多级制冷器模型的建立:建立多级热电制冷器的模型比单级制冷器要相对复杂一些。在多级制冷器中,两个相邻级别之间的温度非常重要,并且如果不知道相邻级别制冷器之间的温度,就无法建立制冷器性能模型。对于双级制冷器的一个级间温度,但是,随着级数的增加,热分析过程会变得越来越复杂。人工计算多级制冷器的性能是非常浪费人力的,而使用计算机便可以轻松的进行所需要的计算。

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