电热堆制冷原理

zhangwyi

1.4.1 热电制冷原理及分析
- B& b2 s) y3 T% J
, w3 G9 V' L3 N6 q7 K# [/ [/ F热电制冷的理论基础是固体的热电效应，在无外磁场存在时，它包括五个效应，导热、焦耳热损失、西伯克(Seebeck)效应、帕尔帖(Peltire)效应和汤姆逊Thomson (Thomson)效应。热电制冷又称作温差电制冷，或半导体制冷，它是利用热电效应（即帕米尔效应）的一种制冷方法。

7 U1 i4 r# D5 X+ e. p基本热电偶的制冷特性包括制冷量、消耗的电功率、制冷性能系数。

热电制冷的性能由工作参数和电偶本身的材料特性所决定，包括工作电流I、电偶的材料的物理性质(温差电动势、电阻、热导率)等。
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为了获得更低的制冷温度(或更大的温差)可以采用多级热电制冷。它由单级电堆联结而成。前一级的冷端是后一级热端的散热器。


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" J" _3 x2 d: ~9 j" N, g2.1.4.1.2 基本热电偶的制冷特性

8 m  ]. x* m; l4 x2 l, t- k" ?5 ?热电制冷器的基本单元是半导体电偶。组成电偶的材料一个是P型半导体（空穴型），一个是N型半导体（电子型）。取它们作热电制冷的材料是由于其帕尔贴效应比普通的金属电偶强得多，能够在冷结点处表现出明显的制冷作用。

8 M  r: r! @" N* I( Y1 O6 ]图1示出基本热电偶构成的热电制冷电路。用金属电桥（铜板）连接两个半导体电臂P和N，组成电偶，再用铜导线接到直流电源上构成回路，图中示出给定电流方向时结点的热流方向，若电流反向，则结点1、2的热流方向与图示相反。可见，将结点1连到作用对象，电偶既可以对它制冷，又可以对它加热，只消改变电流方向就能够方便地实现切换。
. \* R' u; v0 R  x. m' u               
图1
6 B. }5 Y/ j" X' F# y/ Z               
+ [# H: m1 E) W5 o6 g9 G设热结点的温度是 冷结点的温度 回路中的电流为I。电臂的几何参数用横截面积A、长度L、面长比 表示；电臂的材料特性用热电率 电阻率 表示，并分别用下标P、N区别两个电臂。

加在电偶两端的电压 一部分用来克服电臂电阻R引起的电压降V，一部分用来克服西伯克温差电动势 即
(1)
式中(2)
; Z- H" O. q" y
冷端的帕尔贴热（吸热）为
(3)
- ^1 _! v  t3 U. w5 s5 S$ B: r
5 f( b0 v4 G* P由于电偶冷、热端温度不同，沿电臂长度方向导热。假定无热损失，因温差导热流入冷端的热量为
(4)
7 w& z; H( k2 J$ o: q, `式中 K ----- 电偶上的热导，w／k；
(5)

% l! v& g9 T1 ?3 Y/ D电臂上的焦耳热效应为
(6)
1 r  u4 D( K3 ?( X1 r2 ]4 M
" ]+ ?$ H4 V3 M9 O' N! |7 Q0 B认为焦耳热有一半流入冷端。故冷端从外界吸收的热量即制冷量为
(7)

利用以上分析，不难得出基本热电偶的制冷特性。
①制冷量
& r: @+ |& T8 G; K9 q' c(8)
9 b4 h' j7 i7 m" Q1 X7 w. g②消耗电功率
(9)
③制冷系数
(10)

粤SP

原来是这样