半导体制冷原理.ppt

将上式对I 取偏倒数，并令其等于零，就可以求出 最佳电流值 与其对应的 最大温降: 将式(2-160)及(2-162)代入式(2-168)得: (2-167) (2-168) (2-169) 第二十三页，共三十八页，2022年，8月28日 若两电偶臂的几何尺寸相同( )具有相同的 导热系数 及相同的 电阻率 ，则式（2-169）变为 或 (2-170) (2-171) 式中 ——热电元件材料的 电导率 第二十四页，共三十八页，2022年，8月28日 若 ，则 (2-172) 由此可见: 热电制冷的 最大温差取决于材料的 组成的一个综合参数及冷端温度 。此综合参数称为制造电偶对材料的优质系数Z ，即 (2-173) 第二十五页，共三十八页，2022年，8月28日 下面再来分析电堆的制冷系数与供给热电堆的电流值的关系。将式(2-165)对电流取偏倒数，并令其等于零，得到 与最大制冷系数相对应的电流及电压值 (2-174) (2-175) 第二十六页，共三十八页，2022年，8月28日 式中 (2-176) 故制冷系数 与温差 以及材料优质系数Z有显著关系。 第二十七页，共三十八页，2022年，8月28日 制 冷 原 理 与 技 术 第一页，共三十八页，2022年，8月28日 2.3.1 空气制冷 历史上第一次实现的气体制冷机是以空气作为工质的，并且称为空气制冷机 压缩式空气制冷机的工作过程也是包括等熵压缩，等压冷却，等熵膨胀及等压吸热四个过程 这与蒸汽压缩式制冷机的四个工作过程相近，其区别在于工质在循环过程中不发生集态改变 第二页，共三十八页，2022年，8月28日 图2-162 无回热空气制冷机系统图 Ⅰ-压缩机 Ⅱ-冷却器 Ⅲ-膨胀机 Ⅳ-冷箱 图2-163 无回热空气制冷机 理论循环的p-V图与T-s图 第三页，共三十八页，2022年，8月28日 NEXT 第四页，共三十八页，2022年，8月28日 图2-162示出无回热空气制冷机系统图 图2-163所示是冷箱中制冷温度是环境介质的温度 1-2是等熵压缩过程 2-3是等压冷却过程 3-4是等熵膨胀过程 4-1是在冷箱中的等压吸热过程 第五页，共三十八页，2022年，8月28日 现在进行理论循环的性能计算，单位制冷量及冷却器的 单位热负荷 分别是： (2-144) (2-145) 单位压缩功 和 膨胀功 分别是： (2-146) (2-147) 第六页，共三十八页，2022年，8月28日 从而可计算出循环消耗的 单位功 及 制热系数： (2-149) (2-148) 若不计比热随温度的变化，并注意到 第七页，共三十八页，2022年，8月28日 则上式可简化为： (2-150) (2-149) 第八页，共三十八页，2022年，8月28日 因为热源温度是恒值，此时比较标准循环应当是可逆卡诺循环，其 制冷系数 为： 因此上述理论循环的 热力完善 度为： (2-151) 显然，永远 第九页，共三十八页，2022年，8月28日 图2-164 无回热空气制冷机实际循环 第十页，共三十八页，2022年，8月28日 图2-164中 1-2s-3-4s-1 为实际循环，而循环 1-2a-3-4a-1 可认为是只考虑换热端部温差，这样计算的 实际循环的制冷系数 为： (2-152) 第十一页，共三十八页，2022年，8月28日 由上式可以看出，在 给定的情况下，必然有一个最佳值 最大。 (2-153) 称为循环的 特性系数 。而 上式中： 第十二页，共三十八页，2022年，8月28日 为此对式(2-152)，求导，并令 可得： (2-154) 因为与压力比y的关系为： (2-155) 第十三页，共三十八页，2022年，8月28日 则按式(2-154)可求出最佳压力比： (2-156) 在分析理论循环时，认为提高循环经济性应采用尽可能小的压比。但对于实际循环存在最佳压力比，此时制冷系数最高。 第十四页，共三十八页，2022年，8月28日 2.3.2 热电制冷 2.3.2.1 热电制冷的原理 热电制冷(亦名温差电制冷、半导体制冷或电子制冷)是以温差电现象为基础的制冷方法，它是利用“塞贝克”效应的逆反应——珀尔帖效应的原理达到制冷目的。 塞贝克效应就是在两种不同金属组成的闭合线路中，如果保持两接触点的温度不同，就会在两接触点间产生一个电势差——接触电动势。同时闭合线路中就有电流流过，称为