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半导体车载冰箱电子制冷原理介绍 图
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摘要：车载冰箱原理-工艺-技术篇:详细介绍了车载冰箱半导体制冷技术、半导体制冷器件分类、半导体制冷的应用、优点、工作原理以及制冷材料的发展等相关知识。
车载小冰箱的半导体制冷原理 半导体制冷技术
材料是当今世界的三大支柱产业之一，材料是人类赖以生存和发展的物质基础，尤其是近几十年来随着人类科学技术的进步，材料的发展更是日新月异，新材料层出不穷，其中半导体制冷材料就是其中的一个新兴的热门材料，其实半导体制冷技术早在十九世纪三十年代就已经出现了，但其性能一直不尽如人意，一直到了二十世纪五十年代随着半导体材料的迅猛发展，热点制冷器才逐渐从实验室走向工程实践，在国防、工业、农业、医疗和日常生活等领域获得应用，大到可以做核潜艇的空调，小到可以用来冷却红外线探测器的探头，因此通常又把热电制冷器称为半导体制冷器。 半导体制冷器件大致可以分为四类：
（1）用于冷却某一对象或者对某个特定对象进行散热，这种情况大量出现在电子工业领域中；
（2）用于恒温，小到对个别电子器件维持恒温 ，大到如制造恒温槽，空调器等;
(3)制造成套仪器设备，如环境实验箱，小型冰箱，各种热物性测试仪器等;
(4)民用产品，冷藏烘烤两用箱，冷暖风机等。
半导体制冷的应用：
（1）在高技术领域和军事领域
对红外探测器，激光器和光电倍增管等光电器件的制冷。比如，德国Micropelt公司的半导体制冷器体积非常小，只有1个平方毫米，可以和激光器一起使用TO封装。
（2）在农业领域的应用
温室里面过高或过低的温度，都将导致秧苗坏死，尤其部分名贵植物对环境更加敏感，迫切需要将适宜的温度检测及控制系统应用于现代农业。
（3）在医疗领域中的应用
半导体温控系统在医学上的应用更为广泛。如：用于蛋白质功能研究、基因扩增的高档PCR仪、电泳仪及一些智能精确温控的恒温仪培养箱等；用于开发具有特殊温度平台的扫描探针显微镜等。
半导体制冷的优点
半导体制冷器的尺寸小，可以制成体积不到1cm小的制冷器；重量轻，微型制冷器往往能够小到只有几克或几十克。无机械传动部分，工作中无噪音，无液、气工作介质，因而不污染环境，制冷参数不受空间方向以及重力影响，在大的机械过载条件下，能够正常地工作;通过调节工作电流的大小，可方便调节制冷速率；通过切换电流方向，可是制冷器从制冷状态转变为制热工作状态；作用速度快，使用寿命长，且易于控制。 半导体制冷器件的工作原理
半导体制冷器件的工作原理是基于帕尔帖原理，该效应是在1834年由J.A.C帕尔帖首先发现的，即利用当两种不同的导体A和B组成的电路且通有直流电时，在接头处除焦耳热以外还会释放出某种其它的热量，而另一个接头处则吸收热量，且帕尔帖效应所引起的这种现象是可逆的，改变电流方向时，放热和吸热的接头也随之改变，吸收和放出的热量与电流强度I[A]成正比，且与两种导体的性质及热端的温度有关，即： Qab=Iπab
πab称做导体A和B之间的相对帕尔帖系数 ，单位为[V], πab为正值时，表示吸热，反之为放热，由于吸放热是可逆的，所以πab=－πab
帕尔帖系数的大小取决于构成闭合回路的材料的性质和接点温度，其数值可以由赛贝克系数αab[V.K-1]和接头处的绝对温度T[K]得出πab=αabT与塞贝克效应相，帕尔帖系也具有加和性，即：
Qac=Qab+Qbc=(πab+πbc)I
因此绝对帕尔帖系数有πab=πa－ πb
金属材料的帕尔帖效应比较微弱，而半导体材料则要强得多，因而得到实际应用的温差电制冷器件都是由半导体材料制成的。 半导体制冷材料的发展
AVIoffe和AFIoffe指出，在同族元素或同种类型的化合物质间，晶格热导率Kp随着平均原子量A的增长呈下降趋势。RWKeyes通过实验推断出，KpT近似于Tm3/2ρ2/3A-7/6成比例，即近似与原子量A成正比，因此通常应选取由重元素组成的化合物作为半导体制冷材料。
半导体制冷材料的另一个巨大发展是1956年由AFIoffe等提出的固溶体理论，即利用同晶化合物形成类质同晶的固溶体。固溶体中掺入同晶化合物引入的等价置换原子产生的短程畸变，使得声子散射增加，从而降低了晶格导热率，而对载流子迁移率的影响却很小，因此使得优值系数增大。例如50%Bi2Te3－50%Bi2Se3固溶体与Bi2Te3相比较，其热导率降低33%，而迁移率仅稍有增加，因而优值系数将提高50%到一倍。
Ag(1-x)Cu(x)Ti Te、Bi－Sb合金和YBaCuO超导材料等曾经成为半导体制冷学者的研究对象，并通过实验证明可以成为较好的低温制冷材料。下面将分别减少这几种热电性能较好的半导体制冷材料。
二元Bi2Te3－Sb2Te3和Bi2Te3－Bi2Se3固溶体
二元固溶体，无论是P型还是N型，晶格热导率均比Bi2Te3有较大降低，但N型材料的优值系数却提高很小，这可能是因为在Bi2Te3中引入Bi2Se3时，随着Bi2Se3摩尔含量的不同呈现出两种不同的导电特性，势必会使两种特性都不会很强，通过合适的掺杂虽可以增强材料的导电特性，提高材料的优值系数，但归根结底还是应该在本题物质上有所突破。
三元Bi2Te3－Sb2Te3－Sb2Se3固溶体
Bi2Te3 和Sb2Te3是菱形晶体结构，Sb2Se3是斜方晶体结构，在除去大Sb2Se3浓度外的较宽组份范围内，他们可以形成三元固溶体。无掺杂时，此固溶体呈现P型导电特性，通过合适的掺杂，也可以转变为N型导电特性。在二元固溶体上添加Sb2Se3有两个优点：首先是提高了固溶体材料的禁带宽度。其次是可以进一步降低晶格热导率，因此Sb2Se3不论是晶体结构还是还是平均原子量，都与Bi2Te3 和Sb2Te3相差很大。当三元固溶体中Sb2Te3+5% Sb2Se3的总摩尔含量在55%～75%范围时，晶格热导率最低，约为0.8×10-2W/cm K，这个值要略低于二元时的最低值0.9×10-2W/cm K。
但是，添加Sb2Se3也会降低载流子的迁移率，将会降低优值系数，因此必须控制Sb2Se3的含量。
P型Ag(1-x)Cu(x)Ti Te材料
AgTi Te材料由于具有很低的热导率（k=0.3 W/cm K）,因此如能通过合适的掺杂提高其载流子迁移率μ和电导率σ，将有可能得到较高的优值系数Z。RMAyral-Marin等人通过实验研究，发现将AgTi Te和CuTi Te通过理想的配比形成固溶体，利用Cu原子替换掉部分Ag原子后，可以得到一种性能较好的P型半导体制冷材料Ag(1-x)Cu(x)Ti Te，其中x在0.3左右时，材料的热电性能最好。由此可见Ag(1-x)Cu(x)Ti Te的确是一种较好的P型半导体制冷材料。
N型Bi－Sb合金材料
无掺杂的Bi－Sb合金是目前20K到220K温度凡内优值系数最高的半导体制冷材料，其在富Bi区域内为N型，而当Sb含量超过75%时将转变为P型。在Bi的单晶体中引入Sb，没有改变晶体结构，也没有改变载流子（包括电子和空穴）浓度，但是拉大了导带和禁带之间的宽度。Sb的含量为0～5%时禁带宽度约为0eV，即导带和禁带相连，属于半金属；Sb含量在5%～40%时，禁带宽度值基本是在0.005eV左右，当Sb的含量在12%～15%时，达到最大，约为0.014eV，属于窄带本征半导体。由上文所述，禁带宽度的增加必将提高材料的温差电动势。80K到110K温度范围内，是Bi85Sb15的优值系数最高，高温时则是Bi92Te8最高。
YBaCuO超导材料
根据上面的介绍可知,在50K到200K的温度范围内,性能最好的半导体制坑材料是n型Bi(100-x)Sbx合金，其中Sb的含量在8%～15%。在100K零磁场的情况下，Bi－Sb合金的最高优值系数可达到6.0×10-3K-1，而基于Bi、Te的p型固溶体材料在100K时的优值系数却低于2.0×10-3K-1并且随着温度的下降迅速减小。因此，必须寻找一种新的p型低温热电材料，以和n型Bi－Sb合金组成半导体制冷电对。利用高Tc氧化物超导体代替p型材料，作为被动式p型电臂（称为HTSC臂，即High Tc Supercon－ducting Legs）,理论上可以提高电队的优值系数，经过实验证明也确实可行。半导体制冷电对在器件两臂满足最佳截面比时的最佳优值系数为：
zmax= （1）式中的下标p和n分别对应p型材料和n型材料。由于HTSC超导材料的温差电动势率α几乎为零，但其电导率无限大，因此热导率κ和电导率δ的比值κ/δ却是无限小的，这样式（1）可以简化为：
zmax(HTSC)=即由n型热电材料和HTSC臂所组成的制冷电对的优值系数，将等于n型材料的优值系数。
Mosolov A B等人分别利用以SrTiO3座基地的YBaCuO超导薄膜和复合YBaCuO－Ag超导陶瓷片作为被动式HTSC臂材料，用Bi91Sb9合金作为n型材料，制成单级半导体制冷器。实验结果表明：利用YBaCuO超导薄膜制成的制冷器，热端温度维持在85K，零磁场时可达到9.5K的最大制冷温差，加上0.07T横向磁场时能达到14.4K;利用YBaCuO－Ag超导陶瓷片制成的单击制冷器，热端温度维持在77K时，相应的最大制冷温差分别是11.4K和15.7K。从半导体制冷器最大制冷温差计算公式，可以反算出80Kzuoyou这种制冷电对的优值系数约为6.0×10-3K-1，可见这种电对组合是有着很好的应用潜力的。随着高Tc超导体材料的发展，这种制冷点队的热端温度将会逐渐提高，优值系数也将逐渐增大，比将获得跟广泛的应用。
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广东省通信管理局，谁能讲讲电冰箱的主要部件及工作原理是什么？
谁能告诉我，电冰箱都要那些主要部件，知道说一下，还有它们的工作原理都是什么，谢谢！感激不尽~~
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&&&&你好楼主，电冰箱主要由箱体、门体、制冷系统、电气系统及附件五部分组成，下面我给你列表介绍一下，呵呵！&&&&&&&&一．箱体和门体&&&&&&&&箱体、门体根据不同的温度要求组成若干间室，与外界空气隔绝并分别保持一定低温。箱体、门体由箱壳、箱胆、门壳、门胆等结构件和绝热材料组成。&&&&&&&&1、箱壳、门壳一般由0.4-0.8mm的冷轧钢板作成，表面经磷化与喷塑（或喷漆）处理。为了美观，门壳多用彩板，有的冰箱已经使用拉丝板。&&&&&&&&2．箱胆、门胆一般用厚1.2-5mm的ABS板或HIPS板经真空成型作成。箱胆也有用铝板作成的，这种箱胆强度比塑料好，但耐腐蚀性不如塑料。&&&&&&&&3．隔热层&&&&&&&&过去冰箱的隔热层都用玻璃棉充填，现在冰箱隔热层都用聚氨酯发泡塑料。聚氨酯发泡塑料是在异氰酸酯、聚醚的聚合反应中，加入发泡剂发泡而成。&&&&&&&&发泡剂过去都采用R11，这种发泡剂对大气层的臭氧层有较大的破坏作用。现在的发泡剂逐渐改为R141b或环戊烷，这两种发泡剂都是环保发泡剂。&&&&&&&&4．门铰链&&&&&&&&箱体和门体由门铰链联接在一起。单门电冰箱有上、下两个铰链，双门电冰箱有上、中、下三个铰链。门铰链上一般都加一个限位机构和一个自锁机构。&&&&&&&&5．门封条&&&&&&&&为防止冰箱内冷气外泄和外界热气侵入，在门体的内壁四周装有磁性门封条，依靠磁条的磁力，将门封与箱体铁皮紧紧吸住。门封条是用软质聚氯乙烯挤塑成条，将磁性胶条穿入塑料门封条的空心管里，四角热粘合而成。康佳冰箱的门封条基本都可以进行拆卸，方便清洗。&&&&&&&二．制冷系统&&&&&&&&电冰箱的制冷系统由压缩机、冷凝器、干燥过滤器、毛细管、和蒸发器组成，制冷系统利用制冷剂的循环进行热交换，将冰箱内的热量转移到冰箱外的空气中去，达到使冰箱内降温的目的。&&&&&&&&1．压缩机&&&&&&&&家用电冰箱用压缩机一般为全封闭压缩机。它的全称为“电冰箱用全封闭型电动机-压缩机”，它实际是将压缩机与电动机全部密封在机壳内。&&&&&&&&（1）压缩机的作用&&&&&&& 压缩机是制冷循环系统的“心脏”，它的作用是在电动机的带动下，输送和压缩制冷剂蒸气，使制冷剂在系统中进行制冷循环。当压缩机电动机带动曲轴作旋转运动时，连杆将旋转运动转化为活塞的往复式运动。活塞在气缸中所作的往复运动，可分为吸气、压缩、排气和膨胀四个工作过程。&&&&&&&&（2）压缩机的组成&&&&&&&&压缩机由曲轴、连杆组件、活塞、气缸、机体、转子和定子等部件组成。&&&&&&&&（3）压缩机冷冻油的作用&&&&&&&&a、润滑作用减小机器运动部件的磨损，延长机器的使用寿命。&&&&&&&&b、降温作用&&&&&&&&冷冻油制冷压缩机内不断循环，带走制冷压缩机摩擦件相对运动过程中所产生的热量，使机器保持较低的温度，从而提高制冷剂压缩机的效率及使用的可靠性。&&&&&&&&c、密封作用&&&&&&&&冷冻油在压缩机运动部位起着密封作用，防止制冷剂的泄漏。&&&&&&&&（4）压缩机冷冻油的性能指标&&&&&&&&冷冻油的性能和质量直接影响着制冷压缩机的工作和运行。因此，了解冷冻油的性能和牌号，以便正确选用冷冻油就显得十分必要。国产的冷冻油按其50℃时的运动粘度分为13、18、25、30、40、等5个牌号。不同牌号的冷冻油不能混合使用，但可以代用，其原则是高牌号可以代替低牌号冷冻油。&&&&&&&&2．冷凝器&&&&&&&&（1）冷凝器的作用&&&&&&&&冷凝器又称为散热器，是电冰箱制冷系统中主要的热交换设备。冷凝器的作用是将压缩机排出的高温、高压制冷剂蒸气，在冷凝器里经过热量的传递，向周围空气散热，使制冷剂蒸气冷却然后液化成液体。防露管既起到了冷凝器的作用，又使冷冻室门口周围温度升高，防止冷冻室门口周围凝露。&&&&&&&&（2）冷凝器的组成&&&&&&&&a．平背式（内藏式）冷凝器&&&&&&&&由左冷凝器、防露管、右冷凝器组成。左、右冷凝器由粘胶铝箔粘贴在箱体的左、右侧板上，防露管则安装在冷冻胆框四周。b.丝管式冷凝器丝管式冷凝器是用钢丝点焊在邦迪管上，再经防锈处理而成。&&&&&&&&3．毛细管&&&&&&&&（1）毛细管的作用&&&&&&&&毛细管有两个作用：a.保持冷凝器制冷剂和蒸发器制冷剂之间有一定的压力差，以保证制冷剂蒸气在冷凝器内有较高的压力，从而使制冷剂蒸气在冷凝器内散热冷凝成液体；保证制冷剂液体在蒸发器内有较低的压力，从而使制冷剂液体在蒸发器内吸热蒸发成气体。b.控制制冷剂流量。如果毛细管阻力大，制冷剂流量小，制冷量少，蒸发温度低；如果毛细管阻力小，制冷剂流量大，制冷量大，蒸发温度高。&&&&&&&&（2）毛细管的构成&&&&&&&&毛细管是一根细而长的紫铜管。内径一般为0.5～1mm，长度为2～4m不等。铜管的导热性能良好。&&&&&&&&4．蒸发器&&&&&&&&（1）蒸发器的作用&&&&&&&&蒸发器是冰箱制冷系统中的产冷部件，俗称冷源。&&&&&&&&蒸发器的作用：从毛细管降压后的制冷剂气液混合体（气液比例约为1：9）进入蒸发器，在低压下蒸发由液体变成气体，经蒸发器吸收箱内的热量，达到制冷的目的。蒸发器内制冷剂的蒸发温度越低，冷却周围物体的能力越大，而它的蒸发面积是由压缩机的产冷量决定的。&&&&&&&&（2）蒸发器的组成&&&&&&&&a．上置冷冻室冰箱&&&&&&&&康佳BCD-182DF、BCD-203DF、BCD-163BN、BCD-183BN、BCD-108HM、128HM等冰箱，冷冻室蒸发器为板管式蒸发器，板为冷冻室内胆，材质为铝板。管--有一些为铝管，有一些为铜管，用导热胶膜贴在内胆背面。冷藏室蒸发器为板管式蒸发器，板—为蒸发器板，贴在冷藏胆背面。管为铜管，用粘胶铝箔贴在蒸发器板上。&&&&&&&&b.下置冷冻室冰箱&&&&&&&&冷冻室蒸发器为丝管式蒸发器，将钢丝点焊在邦迪管上，作成层架（用于放抽屉），并作防锈处理。冷藏室蒸发器为板管式蒸发器，板—为蒸发器板，贴在冷藏胆背面。管为铜管，用粘胶铝箔贴在蒸发器板上。&&&&&&&&5．干燥过滤器&&&&&&&&干燥过滤器的构成：干燥过滤器外壳为铜管，直径为Φ16左右，长100-150mm，铜管两端缩口，铜管里面两端装有铜丝过滤网，中间装有分子筛。&&&&&&&&干燥过滤器的作用：干燥过滤器安装于冷凝器与毛细管之间，用以吸附制冷系统中的水分，以防止发生冰堵，同时还起到过滤作用，防止杂质、碎物等进入毛细管引起脏堵。&&&&&&&&6．制冷剂&&&&&&&&（1）制冷剂的作用：制冷剂是指在制冷系统中实现制冷循环的工作介质。在压缩式制冷循环中，利用制冷剂的相变传递热量，即制冷剂在蒸发过程吸热，在冷凝过程放热。&&&&&&&&（2）制冷剂的种类及特性：冰箱所用制冷剂主要有四类：R12、混合工质（R152a/R22）、R134a、R600a&&&&&&&&三．电气系统&&&&&&&&电气系统的主要作用是将箱内的温度控制在一定的范围内，以保证冷藏冷冻的需要。&&&&&&&&1．机械式温控冰箱电气系统零部件&&&&&&&&(1）温控器：温控器对电冰箱内温度的控制是通过控制压缩机的开停来实现的。直冷式冰箱的温控器一般放在冷藏室内，通过制冷系统匹配来控制冷冻室温度。&&&&&&&&（2）温度补偿开关及温度补偿加热器：温度补偿加热器由电阻丝外覆绝缘层构成当环境温度较低时，低于10℃时，冷藏室温度容易达到，此时停机时间很长，制冷系统是单一系统，冷冻室温度就达不到-18℃。当环境温度低于4℃时，冷藏室温度低于温控器开机点，压缩机就不会启动。）&&&&&&&&（3）启动继电器：冰箱启动继电器是PTC启动继电器。PTC是一种半导体晶体材料，具有正温度系数的电阻特性。这种PTC，在环境温度100℃以下，不带电的情况下，呈低电阻（约22Ω），通电后元件温度瞬间急剧上升，电阻增大，使启动绕组断路。压缩机靠主绕组的电流运行。&&&&&&&&（4）过载保护继电器：过载保护器是用来防止压缩机过载和过热导致烧毁电动机而设置的。冰箱压缩机一般采用碟形保护器。该保护器串联在压缩机的主线路中，当电路因电流过大时，与之相连的电阻丝会发热，使相邻双金属片受热变形，向上弯曲断开电路，从而保护压缩机不被烧毁。由于保护器紧压在压缩机外壳上，所以双金属片又能感受机壳温度，若压缩机工作不正常，机壳温度过高，双金属片也会受热弯曲断开电路，因此该保护器有双重作用。&&&&&&&&2．电脑温控冰箱电气系统&&&&&&&&（1）双温双控冰箱控制原理在冷藏室、冷冻室、冷藏室背部各放一感温探头来感受冷藏室、冷冻室、冷藏室背部的温度，电脑控制器将这些温度与按键输入的温度值进行运算比较，通过控制压缩机和电磁阀的开停、通断分别控制冷藏室、冷冻室的温度以及冷藏室的化霜。&&&&&&&&（2）四点感温电脑控制冰箱在冷藏室、冷冻室、冷藏室背部和冰箱顶部各放一感温探头来感受冷藏室、冷冻室、冷藏室背部和环境的温度，电脑控制器将这些温度与按键输入的温度值进行运算比较，通过控制压缩机和加热器的开停控制冰箱的温度和冷藏室的化霜。由于这种电脑控制冰箱没有电磁阀，它不能分别控制冷藏室、冷冻室的温度，但由于有环境感温头，它能根据环境温度自动调整冰箱的温度设置。&&&&&&&&四．附件&&&&&&&&1．对上置冷冻室，冷冻室搁架为钢丝搁架，冷藏室搁架和果菜盒为平面钢化玻璃，门搁架为PS塑料搁架。&&&&&&&&2．对下置冷冻室，冷冻室抽屉为ABS不透明抽屉或为AS（也有PS）透明抽屉，冷藏室搁架&&&&&&&&希望你能对我的回答满意，谢谢~别忘记给评价啊，3Q~~呵呵！
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