半导体制冷的工作原理是怎样的？

半导体制冷又称温差电制冷、或热电制冷。是未来电冰箱制冷技术发展的一个方向。半导体制冷是利用特种半导体材料，制成制冷器件，通电后直接制冷，因此得名半导体制冷。

用两种不同金属组成一对热电偶，当在热电偶中通以直流电流时，将在电偶的不同结点处，产生吸热和放热现象，这种现象称为珀尔帖效应。

利用珀尔帖效应制成的半导体制冷器的电偶，是由一种特制的N型和P型半导体组成的。N型半导体是靠电子导电的，而P型半导体是靠所谓“空穴”来导电的。

不论N型半导体中的自由电子，还是P型半导体中的空穴，它们都参与导电，统称为“载流子”，由“载流子”导电的现象，是半导体所特有的。

半导体制冷原理是把一个P型半导体和一个N型半导体，用铜连接片焊接而成电偶对，如图2-7所示。当直流电流从N型半导体流向P型半导体时，则在2、3端的铜连接片上产生吸热现象，此端称为冷端；而在1、4端的铜连接片上产生放热现象，此端称为热端。如果电流方向反过来，则冷、热端将互换。

图2-7 半导体制冷器电偶对的工作原理

当这个制冷器件中通入一定数量的直流电时，冷端会逐渐冷却下来，并出现结霜；而热端的温度逐渐升高，并向周围环境放热。载流子在金属和半导体中的势能大小是不同的，所以载流子在流过结点时，必然会引起能量的传递。当电流的极性如图2-7所示，电子从电源负极出发经金属片—结点4—P型半导体—结点3—金属片—结点2—N型半导体—结点1—金属片，回到电源正极。由于左半部是P型半导体，导电方式是空穴型的，空穴的流动方向与电子流动方向相反。所以空穴是从金属片—结点3—P型半导体—结点4—金属片，回到电源负极。

空穴在金属中具有的能量、低于在P型半导体中空穴所具有的能量：当空穴在电场作用下，由金属片通过结点3到达P型半导体时，必须增加一部分能量，但空穴本身是无法增加能量的，只有从金属片中吸收能量、并把这部分热能转变为空穴的势能，因此，在结点3处的金属片被冷却下来。当空穴沿P型半导体通向结点4流向金属片时，由于P型半导体中空穴能量大于金属中空穴的能量，因而要释放出多余的势能，并将其以热能的形式放出来，所以结点4处的金属被加热。

图2-7中右半部是N型半导体与金属的联结，是靠自由电子导电的，而电子在金属中的势能低于N型半导体中电子的势能。在电场作用下，电子从金属中通过结点2到达N型半导体时，必然要增加势能，这部分势能也只能从金属片的热能取得，因此使结点2处的金属片“冷却”下来。当电子从N型半导体经过结点1流向金属片时，因电子是由势能较高的地方流向势能较低的地方，故释放出多余的势能，并将其变成热能，使结点1处的金属片加热，这样上部的金属片被冷却下来，成为冷端；而下部的两个联接片均放出热量，成为热端。

当电源正负极性调换时，因电子空穴的流动方向将与上述相反，故冷热端将互换。

综上所述，半导体制冷的吸热和放热是由载流子（电子和空穴）流过结点时，由势能的变化而引起能量的传递，这就是半导体制冷的本质。

由于一个电偶对产生的热电效应较小（一般约为1.163W左右，视元件的尺寸大小而异），所以实际应用时是将数十个电偶对串联起来，将冷端放在一起，热端放在一起，称为热电堆，将热电堆和热交换器用焊接方式连接起来制成半导体制冷器，如图2-8所示。其特点是结合强度高、接触热阻小，适用于热流密度较大的情况。为了保持电绝缘，在热电堆和热交换器之间用金属化瓷片材料进行绝缘。

图2-8 半导体制冷器的热电堆

我国目前应用的制冷半导体材料，多数是以碲化铋为基体的三元固熔体合金，其中P型材料是Bi2Te3-Sb2Te3；N型材料是Bi2Te3-Bi2Se3。由于半导体材料性能的限制，目前半导体制冷的效率比一般压缩式要低，耗电量约大1倍。但在几十瓦小能量的情况下，由于半导体制冷器的效率与能量大小无关，故对微小型制冷装置，反而比压缩式经济。此外由于半导体制冷器必需使用直流电源，价格贵，使它的应用受到一定的限制。

冷风机的工作原理是利用表面积相当大的特种湿帘，这个湿帘是采用纸质的，表面具有波纹的蜂蜜窝形状的。另外它的组成当中还包括高效的节能风机以及水循环系统再加上浮球阀补水装置。这是内部的系统装置，外部装置就是机壳还有电器元件等各个部件组成。

一旦当风机在运行的时候，在家庭冷风机内部必定能够产生一个负压，这样就促使机外空气由于受到压力的作用而穿过吸水性非常好的湿帘，然后进入腔内。

这样的情况下就可以看到湿帘上水就会在绝热的情况下进行蒸发，以这种方式带走大量的潜热。然后就会让净化与冷却处理并且增氧的这个冷气被与其所连接的风机输送到车间里面，然后再经过不断的对流过程，让 厂房 以及车间内的温度环境达到我们的要求的效果。

扩展资料

冷风机特点：

1、降温效果明显：在较潮湿地区，一般能达到5-9℃左右的降温效果；在特别炎热干燥地区，

降温幅度能达到10-15℃。

2、投资造价较低、不占建筑面积，与传统压缩机空调系统相比，造价不足其一半。

3、保持室内空气干净、清洁、卫生。

6、易于维护与安装：系统简直，易于快捷安装、维护，无须专业维护人员。

7、防止空气干燥：它可以湿润皮肤，并且对皮肤有一定的好处。

8、易于维护与安装，无须专业维护人员。

当风机运行时进入腔内产生负压，使机外空气流过多孔湿润的湿帘表面迫使过帘空气的干球温度降至接近于机外空气的湿球温度，即冷风机出口的干球温度比室外干球温度低5-12℃(干热地区可达15℃)，空气愈干热，其温差愈大，降温效果越好。

同时由于该机利用蒸发降温原理，因此具有降温和增湿的双重功能(相对湿度可达75%左右)。

冷风机（蒸发式冷气机）的四周装有使用特种材料的蜂窝状湿帘，具有很大的表面积，通过水循环系统对湿帘不断增湿；在湿帘冷风机内装有高效低噪节能风机，当风机运行时，湿帘冷风机的产生负压，使机外空气流经多孔湿润的湿帘进入机内，由于湿帘上水的蒸发吸收热量，迫使统经湿帘的空气降温。

同时由于湿帘上的水向流经湿帘的空气蒸发，增大了空气的湿度，因此湿帘冷风机具有降温增湿的双重功能。

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特点

1 、节能：每小时耗电量仅 0.4-1 度，运行成本低，耗电量只有传统压缩机空调的 1/8 。

2 、环保：无氟利昂，集除味、换气、通风、降温、调节温度、湿度于一体。

3 、降温效果明显：一般可达 5 ℃ -15 ℃ 的降温效果，且降温迅速。

4 、覆盖面积大：每台机器冷风覆盖面积达 60-150m2， 每小时送风量达 8000-18000m3 ，送风量距离远。

5 、投资少、效果大（可以节省中央空调 80% 的投资款）。

参考资料来源：百度百科-冷风机

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