Principio del chip semiconductor de refrigeración y su aplicación técnica
El elemento de refrigeración semiconductor (TE), también llamado elemento de refrigeración termoeléctrico, es una bomba de calor. Su ventaja es que no tiene partes deslizantes y se puede utilizar en algunas situaciones donde el espacio es limitado y los requisitos de confiabilidad son altos. y no hay contaminación por refrigerante.
El funcionamiento del chip semiconductor de refrigeración es corriente continua, que se puede utilizar tanto para refrigeración como para calefacción. Al cambiar la polaridad de la corriente continua, se decide lograr refrigeración o calefacción en la misma refrigeración. chip Este efecto es producido por el principio de termoelectricidad. La siguiente imagen es un chip de refrigeración de un solo chip. Está compuesto por dos láminas cerámicas. Hay materiales semiconductores de tipo N y tipo P (telururo de bismuto). Este elemento semiconductor está conectado en serie en el circuito compuesto por enlaces.
El principio de funcionamiento del chip de refrigeración semiconductor
Cuando un material semiconductor tipo N y un material semiconductor tipo P se conectan para formar un par galvánico, después de conectar una corriente CC en este circuito, puede producir transferencia de energía. La corriente fluye desde el componente tipo N a la unión del componente tipo P, absorbe calor y se convierte en el extremo frío. La corriente fluye desde el componente tipo P a la unión. del componente tipo N, liberando calor y convirtiéndose en el extremo caliente. El tamaño de la absorción y liberación de calor está determinado por el tamaño de la corriente y el número de logaritmos de los componentes de N y P de los materiales semiconductores. Los siguientes tres puntos son los efectos termoeléctricos de la refrigeración termoeléctrica.
1. EFECTO SEEBECK
En 1822, el alemán Seebeck descubrió que cuando se conectan dos conductores diferentes, como por ejemplo dos puntos de conexión, mantener diferentes diferencias de temperatura producirá una diferencia de temperatura en la fuerza electromotriz. el conductor: ?ES=S.△T
Donde: ES es la diferencia de temperatura de la fuerza electromotriz
S(?) es la diferencia de temperatura de la fuerza electromotriz (coeficiente de Seebeck)
ΔT es la diferencia de temperatura entre los contactos
2. EFECTO PELTIER
1834 El francés Peltier descubrió el efecto relacionado con el efecto Seebeck, es decir, cuando se aplica una corriente. Fluye a través de una unión formada por dos conductores diferentes, la liberación de calor y la absorción de calor se producirán en el contacto. El tamaño de la liberación de calor o la absorción de calor depende del tamaño de la corriente.
Qл=л.I?л=aTc
En la fórmula: Qπ? es el poder de liberación o absorción de calor
π es el coeficiente proporcional, llamado coeficiente de Per Ertier
I es la corriente de funcionamiento
a es la diferencia de temperatura tasa de fuerza electromotriz
Tc es la temperatura de la unión fría
3. ¿Efecto Thomson? (¿EFECTO THOMSON?)
Cuando la corriente fluye a través de un conductor con un gradiente de temperatura, además del calor Joule generado por la resistencia del conductor, el conductor también libera o absorbe calor. Cuando la diferencia de temperatura es △T entre dos puntos de un conductor, la disipación de calor o la absorción de calor es:
Qτ=τ.I.ΔT
Qτ es la disipación de calor o . poder de absorción de calor
τ es el coeficiente de Thomson
I es la corriente de funcionamiento
ΔT es el gradiente de temperatura
La teoría anterior era No fue hasta la década de 1950, cuando el académico Yoffei del Instituto de la Academia Soviética de Ciencias de Semiconductores realizó muchas investigaciones sobre semiconductores y publicó los resultados de la investigación en 1954, que demostraron que la solución sólida del compuesto de telururo de bismuto tiene un buen efecto de refrigeración. Importante material semiconductor termoeléctrico, y todavía tiene una diferencia de temperatura. Un componente importante de los materiales semiconductores utilizados en refrigeración.
Después de que la teoría de Yoffei se puso en aplicación práctica, muchos académicos realizaron investigaciones sobre el coeficiente de mérito de los materiales semiconductores de refrigeración en la década de 1960 antes de que alcanzara un nivel considerable y se aplicara a gran escala, que es lo que tenemos. Ahora componentes semiconductores de refrigeración.
La tecnología de refrigeración de semiconductores de China comenzó a finales de la década de 1950 y principios de la de 1960. En ese momento, también fue una de las primeras unidades de investigación del mundo. A mediados de la década de 1960, el rendimiento de los materiales semiconductores alcanzó el punto máximo. A nivel internacional, a finales de la década de 1960 y principios de la década de 1980, fue un paso en el desarrollo de la tecnología de chips de refrigeración semiconductores de mi país. Durante este período, por un lado, ha mejorado el coeficiente de excelencia de los materiales semiconductores de refrigeración y, por otro, se han ampliado sus campos de aplicación. El Instituto de Semiconductores de la Academia de Ciencias de China invirtió mucha mano de obra y recursos materiales para obtener chips de refrigeración semiconductores, lo que condujo a la producción actual de chips de refrigeración semiconductores y al desarrollo y aplicación de dos productos.
Aplicación técnica de las aletas de refrigeración
Como fuente de frío especial, las aletas de refrigeración semiconductoras tienen las siguientes ventajas y características en aplicaciones técnicas:
1. cualquier Refrigerante, puede trabajar de forma continua, no tiene fuente de contaminación, no tiene partes giratorias, no tiene efecto de rotación, no tiene partes deslizantes, es una pieza sólida, no tiene vibración, ruido al trabajar, larga vida útil, fácil de instalar.
2. Los chips de refrigeración semiconductores tienen dos funciones: pueden enfriar y calentar. La eficiencia de enfriamiento generalmente no es alta, pero la eficiencia de calentamiento es muy alta, siempre mayor que 1. Por lo tanto, los sistemas de calefacción y refrigeración separados se pueden sustituir por uno de una sola pieza.
3. El chip de refrigeración semiconductor es un chip de conversión de corriente. Al controlar la corriente de entrada, se puede lograr un control de temperatura de alta precisión, junto con medios de control y detección de temperatura, es fácil realizar un control remoto. Control de programa, el control por computadora facilita la formación de un sistema de control automático.
4. La inercia térmica del chip de refrigeración semiconductor es muy pequeña y el tiempo de enfriamiento y calentamiento es muy rápido. Cuando el extremo caliente tiene buena disipación de calor y el extremo frío no tiene carga. El chip puede alcanzar el máximo en menos de un minuto después de encenderse.
5. El uso inverso de los chips de refrigeración semiconductores es la generación de energía por diferencia de temperatura. Los chips de refrigeración semiconductores son generalmente adecuados para la generación de energía en áreas de temperatura media y baja.
6. La potencia de un solo par de elementos de refrigeración de un chip de refrigeración semiconductor es muy pequeña, pero si se combina en una pila y el mismo tipo de pilas se conectan en serie y en paralelo para formar una refrigeración. En el sistema, la potencia se puede aumentar. Es muy grande, por lo que la potencia de enfriamiento puede variar desde unos pocos milivatios hasta decenas de miles de vatios.
7. El rango de diferencia de temperatura del chip de refrigeración semiconductor se puede realizar desde temperatura positiva hasta temperatura negativa.
A través del análisis anterior, el ámbito de aplicación de los componentes termoeléctricos semiconductores incluye: refrigeración, calefacción y generación de energía. Las aplicaciones de refrigeración y calefacción son relativamente comunes e incluyen los siguientes aspectos:
1. Aspectos Militares: Sistemas de detección y guiado por infrarrojos para misiles, radares, submarinos, etc.
2. Aspectos médicos: poder del frío, combinación de frío, pastillas para eliminar cataratas, analizadores de sangre, etc.
3. Equipos de laboratorio: trampas de frío, cajas de frío, tanques de frío, dispositivos electrónicos de prueba de baja temperatura, diversos instrumentos experimentales de temperatura constante, alta y baja.
4. Equipo especial: probador de baja temperatura para productos derivados del petróleo, probador de baja temperatura para productos bioquímicos, incubadora de bacterias, tanque de desarrollo de temperatura constante, computadora, etc.
5. Vida cotidiana: aires acondicionados, cajas de frío y calor, dispensadores de agua, correos electrónicos, etc. Además, existen otras aplicaciones de las que no hablaremos aquí.
Métodos de disipación de calor de chips de refrigeración semiconductores
La disipación de calor de chips de refrigeración semiconductores es una tecnología profesional y también es la base para el funcionamiento a largo plazo de los chips de refrigeración semiconductores. Una buena disipación de calor es un requisito previo para obtener la temperatura más baja de la unión fría. Los siguientes son varios métodos de disipación de calor de chips de refrigeración semiconductores:
1.
Utilizando materiales con buena conductividad térmica, se utilizan materiales de cobre y aluminio para fabricar varios disipadores de calor, que pueden disipar libremente el calor en el aire en calma. Es fácil de usar, pero la desventaja es que también lo es. grande.
2. Disipación de calor llena de líquido.
Haz un tanque de agua con mejores materiales para disipar el calor y enfríalo pasando líquido o agua a través de él. La desventaja es que es incómodo usar agua y consume demasiados desechos. La ventaja es que es de tamaño pequeño y tiene el mejor efecto de disipación de calor.
3. Refrigeración por aire forzado para disipación del calor.
La atmósfera de trabajo es aire que fluye. El material utilizado para el disipador de calor es el mismo que el del disipador de calor natural. Es fácil de usar y más pequeño que el del enfriamiento natural. un ventilador causará ruido.
4. Disipación del calor latente al vacío.
El más utilizado es el disipador de calor "heat pipe", que utiliza el calor latente de la evaporación para transferir rápidamente capacidad calorífica.
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