半导体制冷片与压缩机制冷的技术、性能和应用领域差异

Semiconductor refrigeration VS Compressor refrigeration

半导体制冷是一种比较新颖的制冷制热技术。原理很简单,利用PN结构成的矩阵,通电后两面电子量不同从而形成两面温差。
半导体制冷片形状是多种多样的,可以是圆形、小颗粒、也可以是豌豆大小,也可以是三角形等等。在高科技领域、仪器设备领域应用比较广泛。比如激光器冷却。饮水机冷水。

压缩机,则是一种很久之前就有的产物。压缩机的原理也很简单,利用自身结构特性源源不断地为输出端产生压力,而又可以源源不断地从输入端输入源物质,大多数压缩机都是针对气体的(因为气体容易被压缩而液体不容易被压缩)。
空调、冰箱压缩机是依靠冷媒制冷,冷媒在常温下就是气体。这种类型最常见的。压缩机本身只是造成压力的设备,是一个完整制冷制热设备的一部分。

【半导体制冷片与压缩机的制冷和制热原理】
半导体制冷片制冷制热特性:
(百度百科)半导体热电偶由N型半导体和P型半导体组成。N型材料有多余的电子,有负温差电势。P型材料电子不足,有正温差电势;当电子从P型穿过结点至N型时,结点的温度降低,其能量必然增加,而且增加的能量相当于结点所消耗的能量。相反,当电子从N型流至P型材料时,结点的温度就会升高。

压缩机制冷或制热取决于冷媒特性:
【制热】当冷媒被压缩,密度增大,开始变化成接近液态,同时压力密度升高导致温度增加(可以视为制热)。
【制冷】被压缩的冷媒,通过一个小口或细小的管道喷出,由于喷出后,压力恢复平常。此时此刻的冷媒由于自身特性,开始蒸发(冷媒在常温是气态)。蒸发过程中,冷媒会吸收热量(可以视为制冷)。
而压力降低并吸收热量后的冷媒,则继续从管道一端进入压缩机输入口,继续被压缩。往复运用。

【半导体制冷片与压缩机功率差异和能效比】
制冷片:
制冷片常见功率从30W~100多W不等。这个功率一般可以视为制冷功率。
而制热功率往往大于标称功率。因为制热的时候,还要算上室温影响和热积累的因素。所以制热功率总是大于制冷功率。

压缩机:
压缩机按用途区分,一般冰箱、冰柜、饮水机,这类属于小功率压缩机,功率从30W~400W都有。而空调、窗机、柜机、中央空调这一类的属于大功率压缩机,功率从500W~10kW都有。
压缩机的实际效率还要看冷媒类型和压缩机结构而划分。有些高技术压缩机,制冷功率COP甚至大于2。一般的压缩机制冷功率COP均在0.8~1.3之间。
而压缩机的制热功率,在没有电热辅助的状态下,和输入功率基本持平。

总结【半导体制冷片与压缩机适用领域】
半导体制冷片:
半导体制冷片体积小,冷热面温差大。所以适用于小空间、设备、仪器的加热或降温。家用领域可以做制冰机、暖风机、冷热饮水机、迷你冰箱等等。
不适合作为空气温度调节装置,因为自身冷和热集中在两面,面积太小。无法达到空间制冷或制热。而且,自身功耗比较大,受环境影响较大。

压缩机:
压缩机只是一个完整的制冷制热设备的一个组件之一。另外还需要冷凝器、蒸发器、冷媒、气液分离器、粗细铜、铝管道(用于组件之间连接)。所以对一般家庭用户而言,成本略微高昂。
但压缩机制冷制热初衷就是为了为环境、空间带来制冷和制热效果。所以特别适合大面积、大空间的加热或降温。而且当环境温度达到预期后,压缩机可以间歇停机或变频工作,达到节约电能的目的。

【半导体制冷片与压缩机各自优缺点】
制冷片优点:体积小、两面的温差大、且温度集中在两面,适合仪器、设备加热或降温。还可以利用温差发电。
制冷片缺点:功耗比较大,受环境温度影响比较大。

小功率压缩机优点:适合小空间内的温度调节、制冷与制热。效率高。部分压缩机采用环保氟利昂。
小功率压缩机缺点:部分压缩机没有采用环保氟利昂会破坏臭氧层。重量较重,40W的压缩机重量都6、7公斤。体积比较大和人的大脑差不多大小。需要依赖冷媒、冷凝器蒸发器等其他组件。维护比较复杂。无法人人都能掌握和运用。

大功率压缩机优点:能效比高,制冷COP一般大于1.5甚至达到2。适合大空间制冷与制热。采用长寿命优化的结构,寿命长。大都采用环保氟利昂。
大功率压缩机缺点:重量极重,一般都是25公斤以上。功率越大越重。价格昂贵。使用和维护不当会造成寿命缩减。

冰箱和空调的技术细节,以及自制压缩机冰箱空调的要点

The technical details of refrigerators and air conditioners, and the main points of self-made refrigerators and air conditioners.

原本打算买一个压缩机开始筹备制作一个小型冰箱或小型冷风机(小功率压缩机不指望做个空调)。
然后,我一直在找价格便宜的压缩机。碰巧的是一个浙江的卖家恰巧在最近几天网上卖库存压缩机,90W~120W的都有,功率最大的是QD57A 输入功率110W左右,制冷功率120W。其次还有常见的QD30A 输入功率90W,制冷功率80W左右,还有些其他的无法搜到详细资料的型号,46系列的。

 

【R12制冷剂与R134A制冷剂的差别】

其中QD-A系列的压缩机使用的是R12制冷剂,QD-Y系列使用134A制冷剂,而那个卖家只有其他系列的46和30压缩机使用的是R134A冷媒,但这两种机器制冷功率都比较低。
我仔细了解了这2种冷媒的差别:
R12制冷剂的机器维护方便,但是有氟利昂,会破坏臭氧层。
R134A是环保制冷剂,制冷效率比R12制冷剂高10%左右。但是对机器的安装维护要求高,最大的情况是不能有水汽进入管路,否则会造成设备寿命下降。

压缩机型号的数字指的是压缩机缸体积。缸体积越大,效率就越高。当然这里还存在一个COP关系,一般压缩机的COP基本都是1,极少数压缩机的COP可以做到2,但是目前我还没搜到那种便宜的压缩机。

如果只是做小冰箱,用R12冷媒压缩机好,因为安装维护简单。效率也不差。但为环保考虑,我建议还是用R134A压缩机最好。
功率低于100W的压缩机无法做空调,最多只能做个冷风机。如果房间小一点的话,可能会带来几摄氏度的降温效果。
我认为如果要做出一个空调效果,至少需要200W以上的压缩机。这样压缩效率高,就可以带来更大的制冷量。

 

【冷凝器散热于制冷效率的直接关系】

有一个很有趣的问题,大多数冷媒,比如R12制冷剂,它的蒸发温度在-30度左右,凝固温度接近-200度。
在使用中,压缩机将冷媒压缩成接近液体状态,由于压缩导致冷媒发热。而散热直接决定了制冷的效果。
假设冷凝器散热不佳,那么冷媒进入蒸发器后蒸发量很小,基本没有带走多少热量。
假设冷凝器散热极佳,达到了几乎接近室温的标准,那么冷媒进入蒸发器后蒸发量很大,吸走了大量热量。
(一个推理,假设冷凝器端将温度冷却到0度,那么100W的压缩机可能会带来3-5倍也就是300-500W的制冷量!但假设冷凝器散热不佳,冷媒温度较高,那么再大功率的压缩机制冷功率也会大打折扣)

 

【冷凝器和蒸发器的选择】

如果自制冰箱或空调,冷凝器完全按可以使用汽车冷凝器或者水冷排,总之只要是散热效果好可以承受一定压力的冷凝器就可以,不过无论是水冷排还是汽车冷凝器,都能承受得住这些压力。

压缩机压缩后的冷媒通过冷凝器散热后,通过比较细的毛细管流到蒸发器中。
如果是做冰箱,那么蒸发器可以用一根长铜管或铝管来回弯曲代替(如果做空调最好用散热排作为蒸发器)。最后,蒸发器管道另一端通过干燥过滤器连接压缩机输入管。这样就算完成了。干燥过滤器是冰箱必备的组件,价格也很便宜,几元一个。目的是防止太多液体进入压缩机。

如果是做空调,那么蒸发器必须使用冷排,否则大多数冷风无法完全带来。而且冷排下面必须得有个盛水容器然后连接一根小水管导出室外。因为室内的冷排吸收热量会凝结水珠。这也就是为什么如今空调室外机有个小水管滴水的原因。

但最近在两地游走,暂时没精力自己做冰箱和空调,等到时候固定地方生活了再做冰箱。夏天马上就要过去,做空调很显然多余的了。

无线电技术原理:共振传能

Principle of radio technology: resonance energy transfer

这是我在谷歌搜索无线电原理的时候看到的一个段落,所以记录下来。

共振作用:我们小时候都知道这样一个故事,高音歌唱家的音高到达某种频率时,会震碎玻璃杯,这就是共振时的能量传输作用,两个振动频率相同的物体之间可以高效的传输能量。

有人做过实验将两个铜线圈作为共振器,发射端以10MHZ频率震动,周围会发散出电磁场,而接收端需要同样以10MHZ频率震动,才能接收到这个传递过来的能量,连个线圈形成一个几乎封闭的“能量通道”。