半导体制冷技术论文

半导体制冷片为什么能制冷？原理是什么？应用在哪些方面？

半导体制冷片(TE)也叫热电制冷片，是一种热泵，它的优点是没有滑动部件，应用在一些空间受到限制，可靠性要求高，无制冷剂污染的场合。

半导体制冷片的工作运转是用直流电流，它既可制冷又可加热，通过改变直流电流的极性来决定在同一制冷片上实现制冷或加热，这个效果的产生就是通过热电的原理，以下的图就是一个单片的制冷片，它由两片陶瓷片组成，其中间有N型和P型的半导体材料(碲化铋)，这个半导体元件在电路上是用串联形式连结组成。

半导体制冷片的工作原理

当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成电偶对时，在这个电路中接通直流电流后，就能产生能量的转移，电流由N型元件流向P型元件的接头吸收热量，成为冷端由P型元件流向N型元件的接头释放热量，成为热端。吸热和放热的大小是通过电流的大小以及半导体材料N、P的元件对数来决定，以下三点是热电制冷的温差电效应。

1、 塞贝克效应(SEEBECK EFFECT)

一八二二年德国人塞贝克发现当两种不同的导体相连接时，如两个连接点保持不同的温差，则在导体中产生一个温差电动势： ES=S.△T

式中：ES为温差电动势

S(?)为温差电动势率(塞贝克系数)

△T为接点之间的温差

2、 珀尔帖效应(PELTIER EFFECT)

一八三四年法国人珀尔帖发现了与塞贝克效应的效应，即当电流流经两个不同导体形成的接点时，接点处会产生放热和吸热现象，放热或吸热大小由电流的大小来决定。

Qл=л.I л=aTc

式中：Qπ 为放热或吸热功率

π为比例系数，称为珀尔帖系数

I为工作电流

a为温差电动势率

Tc为冷接点温度

3、 汤姆逊效应 (THOMSON EFFECT)

当电流流经存在温度梯度的导体时，除了由导体电阻产生的焦耳热之外，导体还要放出或吸收热量，在温差为△T的导体两点之间，其放热量或吸热量为：

Qτ=τ.I.△T

Qτ为放热或吸热功率

τ为汤姆逊系数

I为工作电流

△T为温度梯度

以上的理论直到本世纪五十年代，苏联科学院半导体研究所约飞院士对半导体进行了大量研究，于一九五四年发表了研究成果，表明碲化铋化合物固溶体有良好的制冷效果，这是最早的也是最重要的热电半导体材料，至今还是温差制冷中半导体材料的一种主要成份。

约飞的理论得到实践应用后，有众多的学者进行研究到六十年代半导体制冷材料的优值系数，才达到相当水平，得到大规模的应用，也就是我们现在的半导体制冷片件。

中国在半导体制冷技术开始于50年代末60年代初，当时在国际上也是比较早的研究单位之一，60年代中期，半导体材料的性能达到了国际水平，60年代末至80年代初是我国半导体制冷片技术发展的一个台阶。在此期间，一方面半导体制冷材料的优值系数提高，另一方面拓宽其应用领域。中国科学院半导体研究所投入了大量的人力和物力，获得了半导体制冷片，因而才有了现在的半导体制冷片的生产及其两次产品的开发和应用。

制冷片的技术应用

半导体制冷片作为特种冷源，在技术应用上具有以下的优点和特点：

1、不需要任何制冷剂，可连续工作，没有污染源没有旋转部件，不会产生回转效应，没有滑动部件是一种固体片件，工作时没有震动、噪音、寿命长，安装容易。

2、半导体制冷片具有两种功能，既能制冷，又能加热，制冷效率一般不高，但制热效率很高，永远大于1。因此使用一个片件就可以代替分立的加热系统和制冷系统。

3、半导体制冷片是电流换能型片件，通过输入电流的控制，可实现高精度的温度控制，再加上温度检测和控制手段，很容易实现遥控、程控、计算机控制，便于组成自动控制系统。

4、 半导体制冷片热惯性非常小，制冷制热时间很快，在热端散热良好冷端空载的情况下，通电不到一分钟，制冷片就能达到最大温差。

5、 半导体制冷片的反向使用就是温差发电，半导体制冷片一般适用于中低温区发电。

6、半导体制冷片的单个制冷元件对的功率很小，但组合成电堆，用同类型的电堆串、并联的方法组合成制冷系统的话，功率就可以做的很大，因此制冷功率可以做到几毫瓦到上万瓦的范围。

7、 半导体制冷片的温差范围，从正温到负温度都可以实现。

通过以上分析，半导体温差电片件应用范围有：制冷、加热、发电，制冷和加热应用比较普遍，有以下几个方面：

1、 军事方面：导弹、雷达、潜艇等方面的红外线探测、导行系统。

2、 医疗方面;冷力、冷合、白内障摘除片、血液分析仪等。

3、 实验室装置方面：冷阱、冷箱、冷槽、电子低温测试装置、各种恒温、高低温实验仪片。

4、 专用装置方面：石油产品低温测试仪、生化产品低温测试仪、细菌培养箱、恒温显影槽、电脑等。

5、 日常生活方面：空调、冷热两用箱、饮水机、电子信箱等。此外，还有其它方面的应用，这里就不一一提了。

半导体制冷片的散热方式

半导体制冷片件的散热是一门专业技术，也是半导体制冷片件能否长期运行的基础。良好的散热才能获得最低冷端温度的先决条件。以下就是半导体制冷片的几种散热方式：

1、 自然散热。

采用导热较好的材料，紫铜铝材料做成各种散热片，在静止的空气中自由的散发热量，使用方便，缺点是体积太大。

2、 充液散热。

用较好的散热材料做成水箱，用通液体或通水的方法降温。缺点是用水不方便，浪废太大，优点是体积小，散热效果最好。

3、 强迫风冷散热。

工作气氛为流动空气，散热片所用的材料和自然散热片相同，使用方便，体积比自然冷却的小，缺点是增加一个风机出现噪音。

4、 真空潜热散热。

最常用的就是“热管”散热片，它是利用蒸发潜热快速传递热容量。

制冷随着人们对低温条件的要求和社会生产力的提高而不断发展。下面是我为大家精心推荐的高级技师职称论文写作，希望能够对您有所帮助。

家用空调制冷技术及制冷系统浅析

摘要: 随着经济发展速度的日益加快,人们的消费能力和生活质量也在不断提升中,空调作为一种家用电器,已经越来越受到人们的欢迎。但是对能源危机和环境问题的关注,节能环保成为新技术开发应用的前提.本文对空调制冷技术及制冷系统进行了阐述,并分析了影响空调制冷的因素及优化 方法 ,最后对家用空调技术未来的发展趋势做了简要概述。

关键词: 家用空调;制冷技术;制冷系统

中图分类号： 文献标识码：A 文章 编号：

前言

当代社会科技突飞猛进,家用空调早已走进人们的生活领域,不断地提高和改善着人们的生活水平，让人们享受着科技带来的便利。在家庭生活中,家用空调主要用于人们的夏日降温及冬日的取暖。在市场经济的今天，家用空调市场也在逐年扩大，空调的制冷技术影响着家用空调受人们的认可度及能否在激烈的市场竞争中占据先机。同时空调制冷系统对制冷效果也有着关键性的作用，优化制冷系统势在必行。

1、家用空调制冷技术

家用空调制冷剂

早前被广泛应用于家用空调领域的制冷剂R22,因其化学性质十分稳定，并且破坏臭氧层，不符合环境保护的标准，已经被人们逐渐淘汰。新型的替代品R407C及R410A已经在国内外被广泛的作为家用空调制冷剂使用。两种空调制冷机虽然制冷性能优良而且对臭氧层没有任何的破坏，但也是存在弊端的，两种制冷剂均能加剧温室效应，因此也不是理想的家用空调制冷剂。现在国内外的大批科研人员正在不断的进行科学实验，以找出最佳优良的家用空调制冷剂，既不对环境产生危害又有良好的制冷性能。但是，这项工作长远而且艰巨，因为人工合成的家用空调制冷剂总是会对环境在产生都方面的不良影响。因此，天然类的制冷剂又成了研究人员关注的重点，这些制冷剂不断获得起来比较方便，同时又不会有违环境保护的原则，因此是一种最为优良的选择。

空调制冷原理

家用空调的制冷原理为：空调在正常启动后，压缩机开始工作，将存在于制冷剂中的低压蒸汽洗出，并将低压蒸汽转换成高压蒸汽，而后送入到冷凝器中。同时，轴流风扇从外界将空气吸入，也向冷凝器输送。同时将制冷剂所放出的热量排放出，制冷剂中的高压蒸汽随之泠凝为液体状态。冷凝后的高压液体从过滤器及节流机构流出，再喷向蒸发器，利用蒸发过程吸热的原理，将热量吸入，与室内空气进行热交换，并将冷空气送入室内环境中。家用空调通过这样的不断反复工，使室内温度降到设定温度，从而完成工作流程。热声制冷是现在制冷技术的一项突破。与上述的制冷原理相比较,热声热机的优势是极为显著的。首先是不用使用任何对环境产生危害的空调制冷剂,而是采用了惰性气体及一些相似的气体混合物,既不会破坏臭氧层也不会导致温室效应，将会成为空调制冷技术研究的又一新方向。但热声制冷技术也是存在一些不足的，例如其制冷的效率稍低,使工作效率受到了影响，能否提高这种制冷技术的共走效率将成为研究人员的工作重点。

空调制冷技术的发展

随着人们的生活越来越现代化，家用空调已经渐渐走进了各家各户，成为了日常生活的一项必需品，空调制冷技术的发展也受到了人们广泛的关注。同时，家用空调的能耗问题也越发显著，家用空调的耗电量不断上升。因此，在电力供应十分紧张、能源消耗日益增多的今天，家用空调的销售及行业的发展受到了一定的限制。如何降低空调制冷过程的能熬，空调制冷技术的发展至关重要。因此，冰蓄冷技术在这样的条件下应运而生，并很快成为了科研工作者工作的中心。采用冰蓄冷技术的原理在于采用融冰冷量释放来实现工作过程，储存冰的容器即蓄冷设备。冰蓄冷制冷技术在家用空调制冷技术中的应用，是空调系统运行的稳定性得到了大幅度的提升，不但带来了极大的经济效益，并且是能耗问题得到了解决。总之，虽然我国家用空调的兴起晚于发达国家,但不论在家用空调制冷技术的发展上,还是在普及率上都有了较大的进步,空调制冷技术也朝着更环保更科学的目标不断前进着。

2、家用空调制冷系统

家用空调制冷系统各原件作用

空调制冷系统的组成包括四大原件：压缩机, 膨胀阀, 冷凝器以及蒸发器。压缩机的作用在于能够持续的将蒸发器中产生的大量蒸气,转换成高压的蒸汽，然后送往冷凝器,在冷凝器中高压蒸汽被冷凝,而制冷剂在整个过程中冷凝时放出的热被冷却介质所吸收。除此之外,我们从空调的热力学图谱上可以看出，普通空调的按电量较大，不能合理的使用电能进行工作。空调只有在最佳的系统设计及工作环境下才能发挥最优良的效果,既能使制冷量达到最大值，又可以减少能熬。

影响制冷系统的因素

影响制冷系统的因素较多，大致包含一下几个方面。首先是温度的影响，制冷剂在蒸发过程中的 ，温度应不高于空气的温度 ，这样制冷剂才能正常将机房的热量带出 ，制冷剂吸收热量蒸发成低压蒸汽，再由压缩机吸走在完成制冷过程。只有存在温差才能使空调的制冷系统正常运行，同时温差的确定还要考虑到空调自身的性能及能熬问题。其次是蒸发器中的管路结油的问题，在空调正常的运作过程中，润滑油和制冷剂是可以互溶,这时油膜热阻可以忽略不计,但如果在管路中再次添加润滑油，就要注意到油膜的问题了,这时要是新添加的润滑油和之前使用的润滑油是同一类型,从而避免油膜的产生。再次，家用空调在使用过程中也要注意到要定期的清理空调的外机，保持空调外机一定的清洁度，这样才能保证其散热效果优良，是空调的制冷效率提高并能减少用电量。

制冷系统的优化设计

当家用空调在正常的运行时，制冷系统在工作中，若希望能将室内、室外风机的转速调整到最适合的数值，就要考虑到在制冷系统的设计过程中对噪声的要求范围。家用空调在使用过程中最适合的调节方式就是把内、外机组的噪声量调节在规定的噪声范围内。

3、家用空调制冷技术展望

从当前形势来看，空调制冷技术未来的发展方向是朝着更加智能化及更注重环保的方向发展的。能否为消费者提供最大的舒适度也是未来家用空调制冷技术发展的另一关注要点。此外，在 网络技术 快速发展的今天，使得家用空调朝着能够实现远程管理的方向又迈进了一步，当夏天来临时，人们可以在下班前利用远程管理系统将家中的空调打开，在回家后就能享受到阵阵凉意。随着我国电力供应的日益紧张，家用空调的耗能问题也受到了国家相关部门的重视，我国对于空调制冷技术中有关能控的技术也加以了关注。目前，我国空调的制冷技术在某些方面也处于世界上较为领先的状态，例如高效换热器及压缩机等部件。此外，人们对于生活健康程度的关注，使得人们也越发关注空气质量对生活质量的影响，因此家用空调便承担起了营造健康高质量生活环境的责任。现已出现的空调制冷技术中例如健康除湿、立体环绕自然风等是因此而应运而生的。

4、结语

家用空调的出现，大大的提高了人们的生活质量，使人们的生活更加舒适。在我们不断享受家用空调带来的便利的同时，我们也要考虑到环保及节能的问题，是家用空调制冷技术发展的方向朝着更健康更环保的目标迈进。不断进行改革创新，在实践中积累 经验 来对以后的空调制冷技术的研究作指导，不断优化家用空调制冷系统，实现家用空调的多元化，使其能持久的为人类造福。

参考文献:

[1] 杜丽,刘卫华.制冷空调技术的新发展[C].江苏省暖通空调制冷2005年学术年会, 2005: 379-383.

[2] 罗清海,汤广发,李涛.半导体制冷空调的应用与发展前景[J].制冷与调,2005(6): 5-9

[3] 彭景亮.有效改善空调制冷系统制冷的具体 措施 [J].科技资讯,2010(21)：25- 25.

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