半导体制冷小冰箱

使用半导体制冷剂制造微型冰箱王胜军（电子科技大学，成都610054）[摘要]描述了半导体制冷技术的发展和原理，并使用半导体制冷技术制造了半导体冰箱，以及进行了实验测试. 关键字: 半导体制冷，珀尔帖效应制冷机，小型半导体制冷，也称为温差制冷或热电制冷，由于其在1950年代后期开发后的独特优势而被广泛使用. 它开启了制冷技术的新分支，解决了许多特殊场合的制冷问题，满足了特殊场合人们的需求，具有广阔的前景. 在发达国家，它已用于汽车（或）冰箱，白内障冷冻提取器，核潜艇空调，红外制导空空导弹红外探测器探头冷却器，照相显影剂恒温冷却器，宇航员和坦克. 服装等方面. 1960年代，我国开始研究半导体制冷，并生产了性能良好的半导体制冷材料. 随着我国经济的快速发展，半导体制冷技术需要进一步发展许多领域. 1.半导体制冷原理半导体制冷的基本原理是帕尔贴效应. 目前，N型和P型热电偶是由半导体材料锑化铋制成的，而半导体制冷装置是通过模块法组成的.

N型材料具有多余的电子，并且具有负温差电位. P型材料的电子不足，并且具有正的温差电势；当电子从P型节点传递到N型节点时，它们的能量将不可避免地增加，并且增加的能量等于该节点消耗的能量. 相反电子制冷小冰箱，当电子从N型材料流向P型材料时，结的温度将升高. 实验表明，在热电电路中引入第三种材料（铜连接件和电线）不会改变电路的特性. 这样，半导体器件可以通过各种连接方式满足用户的需求. 当将P型半导体和N型半导体连接成热电偶并连接DC电源时，在接合处会发生温差和传热. 几对半导体热电偶在电路上串联连接，但就传热而言，它们并联连接，构成了一个普通的制冷热电堆. 借助于热交换器等各种传热方法，热电堆的热端不断散发并保持在一定温度下，热电堆的冷端置于工作环境中以吸收热量并冷却. 这就是半导体制冷的原理. 当电流由半导体冷却芯片中的多组PN结组成时，它由陶瓷封装制成，并且从侧面引出两条导线. 施加电压后，当半导体PN结的N型半导体流向P型半导体时，形成电子空穴对以吸收热量. 相反，电子-空穴对结合以释放热量. 下图是冰箱的典型结构. 它由许多N型和P型半极性粒子组成，并且NP通过公共导体连接在一起以形成完整的电路，通常是铜，铝或其他. 最后将金属导体像汉堡一样夹在中间，并带有两个陶瓷片

如图1所示. 图1散热片的[作者简介]王胜军（1984-）男电子工程学院23022020类二年级本科生本文是该学科类型的论文. 物理实验课程，讲师: 霍中升冰箱研制小型冰箱1.半导体冰箱的应用现状许多厂商都推出了半导体冰箱. 著名的冰箱制造商都有半导体冰箱产品，例如美菱，海尔，新飞等. 表1列出了几种半导体冰箱的型号参数. 车载冰箱也属于此类. 车载冰箱具有良好的抗冲击性，适用于出境旅行的车辆和轮船. 目前，这种车载冰箱的尺寸为3L至33L. 随着中国汽车数量的增加，将会有越来越多的车载半导体冰箱. 但是，应注意的是，半导体冰箱主要用于制冷而不是冷冻，并且其制冷效率低于普通的蒸气压缩冰箱，具有较高的功耗和较小的体积. 通常适用于特殊场合或特殊要求. 2.实验室制造半导体冰箱. 实验室以泡沫为柜体的主要材料，外形尺寸为20 * 20 * 30（单位: cm），泡沫厚度为3cm，容积为4.7L. 所用半导体冷却芯片的型号为TECI12705B，最大工作电流为5A，最大工作电压为12V，冷端和热端之间的最大温差可以达到68℃，尺寸为40mm×40mm×4mm，并且在冷却芯片两端吸收热量的一端称为冷端. 热端称为热端，如图2所示.

表1产品名称型号体积（L）尺寸（mm）重量（kg）环境温度（℃）功率（W）功率冷却温度（℃）几个半导体制冷机型号参数半导体制冷机酒柜DC-38C 38560 * 500 * 360 14.10 10〜32 68 AC220V / 110V 10〜16半导体电子冰箱DC-35C 35 420 * 480 * 450 11.15 10〜30 60 AC220V 3〜10半导体冰箱DC-50C 50 630 * 480 * 360 16.20 10〜30 80 DC12V / 24V AC220V / 110V 3〜10ͼ2半导体冷却板热端冷端图3冰箱中空气对流图的两端用导热剂和散热器粘合在一起. 在自然空气冷却和冷却中，冷却效果不是很好. 当输入电流为I = 3A时，冷端的最低温度降至13℃，因此请考虑使用风扇在热端强制进行空气冷却，以使冷端的最低温度可以达到负零. 完全满足制冷要求. 在冰箱内部，顶部和底部之间的温差达到6°C，并且需要相对较长的时间. 因此，还向冷端添加了一个风扇以增强对流. 尽管风扇会产生少量热量，但对冷却的影响很小. 冰箱中的空气对流如图3所示，自制冰箱的外观如图4所示，冰箱的内部结构如图5所示. 图4自制冰箱的外观图5自制冰箱的内部结构在室温26.5℃时，测得的输入电流I = 2A，t = 18min后，冰箱中的温度达到平衡，稳定在10℃. I = 3A，t = 15min后，温度稳定在8℃；当I = 4A时，在t = 12min后，温度稳定在9℃.

因此，选择3.5A作为3.0至4.0A之间的输入电流. 电流过小，热电堆冷却功率不足；电流过大，I = 3.5A测得的一组数据，见图6，可见，I = 3.5A焦耳热增加，但散热效果不好. 在室温T0 = 26.5的情况下，经过11分钟后，冰箱中的温度稳定在大约7℃，可以满足一般的冷藏要求. 30 25 20 15 10 5 0 0 200 400 600 t / s 800 T /℃图6冰箱底部温度随时间的变化曲线III. 结论分析（1）随着热端散热片的增加，热端散热器的散热片和外界空气的散热效果降低，温度差的减小导致散热功率大大降低，从而影响了散热性能. 散热效果. 热端温度越低，冷端温度越低电子制冷小冰箱，冷却效果越好. 因此，在热端添加一个风扇以加强散热. （2）冷却板的输入电流可以更好地满足3.0至4.0A的实验要求. 电流过小，热电堆冷却功率不足；电流过大，焦耳热增加，冷却负荷增加，冷却效果降低. 确定热电堆的最佳电流是相对困难的. 本实验选择了3.5A. （3）冷却空间温度分布不均. 离散热器越近，温度越低，分立式冷却器距离越远，温度降也不明显，因此在内部添加风扇以增强内部空气流动可以大大增强冷却效果. [接收时间] 2005.5.10参考文献[1]徐德胜半导体制冷与应用技术（第二版）上海上海交通大学出版社家电技术1999.3 [2]闫超华和潘登海半导体制冷在冰箱中的应用2002.12

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