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      半導體制冷的應用,制冷飲水機是如何制冷的?半導體如何制冷

      作者:佚名    文章來源:本站原創    點擊數:    更新時間:2023/6/25

      隨著人們的生活品質不斷提高,家用飲水機也由傳統的只有加熱模式,發展到現在的具有制冷模式。炎炎夏日,能喝上一杯冰爽的純凈水,也是一件非常愜意的事情。

      制冷飲水機 

      制冷飲水機

      那么問題來了,飲水機個頭沒有冰箱那么大,又是如何制冷的呢?它與半導體又有什么關聯?有沒有使用類似冰箱的壓縮機進行制冷呢?帶著這幾個疑問,下面就來具體詳細的分析。

      半導體制冷歷史

      早在1821年,德國的一個科學家ThomasSeeback就首先發現半導體制冷,只不過他沒有認識到背后的科學理論,他做了錯誤的推論。

      時間來到1841年,法國的一位表匠發現了這背后的原因所在。只不過那時候還不叫半導體制冷器,因為直到1960才有半導體制冷器這一說法。而讓半導體制冷器大量應用于實際,還要得益于蘇聯科學院半導體研究所約飛院士。

      半導體制冷片工作原理 

      半導體制冷

      他對塞貝克效應(SEEBECKEFFECT)、珀爾帖效應(PELTIEREFFECT)、湯姆遜效應(THOMSONEFFECT)進行了大量的研究,從而得出了一個比較科學的理論。后續科學家在他研究理論成果上進行研究發展,才讓半導體制冷器得到廣泛應用。

      半導體制冷片原理(飲水機如何制冷)

      目前市面上幾乎所有的帶有制冷功能的飲水機,用的都是半導體制冷器。根據筆者多次拆機發現,所用型號一般為TECI-12706、TECI-12710,TECI-12710(120W)的制冷功率是TECI-12706(50-60W)的兩倍。

      常用的半導體制冷片 

      常用的半導體制冷片

      半導體制冷器有一塊N型半導體材料和一塊P型半導體材料聯結成的熱電偶,當有電流通過時,兩端之間會有熱量的轉移,環境中的熱量從一端傳到另外一端。這就讓半導體制冷片形成了冷熱端,一端熱,一端冷,通常來說它的冷熱溫差可以達到40~65度之間。但是呢,半導體之間也有電阻,通過電流過程中,也會發出熱量。

      半導體制冷工作原理 

      工作原理過程

      這些由電阻產生的熱量會干擾原有的能量轉移,它會通過周圍空氣以及制冷片本身進行逆向傳導熱量。雖然會進行逆向傳導熱量,但最后還是會達到一個平衡狀態。也就是正向熱量傳遞和逆向熱量傳遞相互抵消掉,冷端熱端的溫度都將保持不變。雖然這樣來說,冷端還是冷的,但是它無法滿足我們要求的制冷。

      半導體制冷套件 

      比較大的鋁散熱器

      這個時候在制冷片的熱端加裝一個鋁散熱片和散熱風扇或者使用效果更加的水冷頭,就會打破這個原有的平衡。也就是冷端一直吸收熱量,并把熱量傳遞到熱端,熱端的熱量通過鋁散熱片以及風扇作用,把冷端傳遞的熱量導出去。這個過程持續進行一段時間,就可以達到制冷的效果。

      制冷飲水機內部結構 

      制冷飲水機內部結構

      制冷飲水機內部有兩個儲水箱,一個負責加熱,一個負責制冷。而制冷那個外面包裹了泡沫,制冷片熱端抹上散熱硅脂后與鋁散熱片貼合,冷端直接貼合到制冷的那個儲水箱表面。

      制冷水箱,外部是泡沫 

      制冷水箱,外部是泡沫

      當儲水箱進入純凈水,溫度傳感器檢測到溫度不符合設定溫度,會發出制冷的信號,制冷片和散熱風扇同時啟動。當溫度降低到一定的程度,達到了預先設定溫度,溫度傳感器檢測到了實際溫度,就會發出停止工作信號。

      為什么制冷片不被用于電腦CPU散熱

      想要分析這個原因,就要來說說它的優點和缺點,總體對于電腦來說,它的弊大于利。

      半導體制冷優點

      1、不需要任何制冷劑,它不同于冰箱的壓縮機還需要像R134a或R600a一類的制冷劑。

      2、工作過程沒有噪音,無污染(這里指的是制冷片沒有噪音,加上風扇話,還是有一定的噪音

      半導體制冷的吸熱和放熱過程 

      通電過程

      3、可以反向利用,也就是溫差發電。通常用于也可用于發電,用于中低溫區發電。

      4、制冷時間比較快,熱慣性非常小。根據使用經驗,1分鐘左右就能夠達到最大溫差。

      5、溫差范圍比較大,正溫90℃到負溫130℃都可以實現。

      通過以上的分析,可以看出來半導體制冷片確實具有很多的有點,但是它是不適合被作為電腦散熱器,主要由以下幾個方面原因。

      不被用原因

      1、體積大

      半導體制冷雖然比較快,但是它需要很大的鋁散熱片加之一個大的DC12V風扇才可以滿足散熱制冷要求。而對于像TECI-12710這個型號的制冷片,它的功率達到了120W,單純靠風扇進行散熱,是壓不住它的散熱需求。這就會導致制冷非常差,也容易導致制冷片因為過熱而燒毀。

      半導體制冷片的散熱應用 

      散熱片體積特別大

      而再去加裝其它的散熱措施,占據了機箱很大的空間,機箱空間本身就比較緊湊,并且它的成本也高了,倒不如直接采用水冷來進行散熱。

      2、電源問題

      現在一個臺式機電源功率為600W左右,也有更高的。這些電源有時候帶電腦滿負荷工作就有些吃力,而如果再加個半導體制冷片,它的功率又增加了很多。一方面需要購買更大型號的電源,另一方面體積也就又大了,增加了投入也占據了空間。

      3、成本大

      像市面上一塊比較好的TECI-12710制冷片,再加上好的散熱器,再加風扇,再加電源,它的成本已經超過了200元,甚至會更高。選用的優勢并不是很明顯,并且還不如水冷的效果好。

      半導體制冷片應用在其它方面

      車載小冰箱

      現在車上都很流行用一種車載小冰箱,出門在外就可以喝到冰爽的飲料。這個小冰箱內部用的就是半導體制冷片和一個比較大的散熱器以及風扇。只不過由于它的密封性和保溫性做的比較好,因此制冷效果還是可以。

      家用冰淇淋機

      網上有一種非常流行的家用冰淇淋機,它的內部用的也是半導體制冷片。這一點筆者曾經進行了實際拆解,一塊制冷片,一塊非常大的散熱片,外加一個大風扇,它的電源功率高達120W。

      它把制冷片緊貼在了冰淇淋機的容器外殼上,可以很快的把冷氣導入到容器內,熱端的熱量由風扇及時的帶走。

      手機散熱器

      網上一些手機散熱器,需要提供電源供電的散熱器。內部用的一般就是制冷片加散熱片再加風扇構成,只不過它使用的制冷片功率較小,普通的充電器輸出就可以帶動它。

      使用半導體制冷的手機散熱器 

      手機散熱器

      其它主要用于石油產品低溫測試儀、生化產品低溫測試儀、冷力、冷合、白內障摘除片、血液分析儀、導航系統、電子低溫測試裝置等。

      結語

      半導體應用在我們的方方面面,不僅僅是包括制冷片,日常使用手機的芯片、各種電子元器件都是需要用到。而正是因為人們對半導體制冷的研究,才讓人們的生活品質變得更加好,有了更多小巧的制冷機器。

      而筆者認為半導體制冷還是需要有很長一段路要走,那就是它必須要突破目前存在的問題,例如需要散熱器體積問題、價格問題、制冷效率問題、降低材料的熱導率、維度和超晶格材料與有機熱電材料等方面都要有所突破。

      但是不得不說半導體制冷是一個潮流,因為目前我們生活都在追求綠色環保無污染,而相對于傳統的壓縮機制冷,半導體制冷就有無污染。雖然目前來說它不是很出色,但隨著未來科學技術的發展,以及各種工藝、結構設計、熱電材料、冷熱端傳導方式都會得到突破,半導體制冷也將迎來新的生機。

      Tags:半導體制冷片,制冷,半導體  
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