一般印象里,半导体制冷片的效率很低,制冷效率只有比如60%。
但是刚刷到个视频,作者实测到了30,或者说3000%的制冷效率。
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他用的是常见的半导体制冷片,测试方法是把它夹到两个铝块中间,然后测铝块的温度。
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先给制冷片通交流,用来校准。然后通直流,测试效率,结果如下图。实测在345mA下的制冷效率有30,就是每消耗1J电能,能从冷端搬运30J热能到热端。
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30比一般印象里的0.6大出了几十倍。作者的解释是,制冷片的制冷量是和电流的一次方成正比的,而消耗的电能是和电流的平方成正比的。所以制冷效率是和电流成一次方的反比。电流越小,制冷效率就越高。
他用的制冷片型号是TEC1-12708,淘宝上十几块钱一片。型号后面的08意思是额定电流8A,而作者测试的时候只给它通了345mA,所以就能得到高到离谱的制冷效率。
更进一步的,他后面又发了一个视频。
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讲的是半导体制冷的冰箱可以相当省电,比如4℃的时候待机功耗做到不到10W。常见的半导体冰箱之所以很费电,纯粹是设计缺陷。
他推了些公式,结论是,半导体制冷片的制冷量和电流之间是一个抛物线关系,如下图。通的电流过大的话,不仅是制冷效率会降低,连制冷量都会变小,因为制冷片的两端同时被电能加热了。
而系统的热阻如果较大(比如冰箱这种有隔热的东西),那么从系统的角度讲,这个抛物线的顶点会左移。因此如果按照额定电流通电,只是单纯的白白浪费电能,对制冷反而是有害的。比如冰箱待机维持低温的时候,5A电流的效果和2A可能是一样的,但是耗电量差了几倍。
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他说市面上大多数半导体冰箱,都是工作在电流过大的状态。这种状态对于“将物体从常温冷却到低温”是合适的,但是对于“让低温的物体保持低温”是不对的。一般印象里半导体冰箱效率极低就是因为这个。
如果温度已经降下来并且稳定了,就应该大幅度减小电流,用小电流达到和大电流一样的“保冷”效果。他说他发现下面图里这款半导体冰箱就带这个功能,所以待机的功耗就只有10W。(他说他做这些视频的契机之一就是偶然发现了这款冰箱)
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更进一步的,如果把几个半导体制冷片叠起来(热学上串联),还能让待机功耗降低很多。
因为制冷片本身的热阻挺低的,所以冰箱保冷的时候有很大比例的热量是从制冷片本身泄露的。需要用电来抵消制冷片本身的热泄露。而串联制冷片会让热阻串联,降低热泄露。串联后需要的制冷量变小,需要的电流就会变小,制冷效率又会提高,耗电量就能降低不少。
感觉如果不计成本的话,甚至有希望在“制冷效率”上和压缩机比一比。