基于热电制冷的电子降温系统的研究与设计

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1、基于热电制冷的电子降温系统的研究与设计摘要传统制冷方法中，采用压缩机的制冷方式相对来说制冷量充足，但重量大，成本较高。半导体制冷的主要优点是外形尺寸小、重量轻、不需要制冷剂，适合用于便携式电子降温系统。提高半导体制冷片制冷效率的因素包括优值系数Z和半导体制冷时冷、热端的温度差两方面。优值系数Z由半导体材料本身的特性决定。对于某一类确定的半导体材料，其制冷效率由半导体制冷片冷、热端的温度差决定，温差越小，其制冷效率就越高。本文设计并制作了半导体制冷系统试验装置，该装置包含制冷模块、温度测量模块、绝热模块、热交换模块等功能模块。针对当前大多数电子降温设备的设计与使用只考虑静态制冷

2、的状况，本文的试验分为静态制冷和动态传热制冷两类，静态制冷试验给出了制冷系统所能达到的最低温度，动态传热制冷试验实现了由热交换装置对圆柱形金属罐的降温。在半导体制冷片热端采用风冷散热的方式下，试验结果表明采用降低储水箱的起始水温、增大水循环流量、增强风冷散热功率等方法，可有效降低半导体制冷片的冷、热端温差；试验结果验证在一定降温范围内储水箱与外界进行热交换具有可行性，同时也拓展了半导体电子降温系统的设计思路。随着控制理论的发展，智能控制技术在很多领域都开始大量应用。本文通过传热学知识，求出简化输入条件后的半导体制冷系的统传递函数，然后对开关控制进行了仿真并讨论，最后设计了一种

3、模糊控制方法。关键词：半导体制冷，温差，动态传热制冷，传递函数，开关控制，模糊控制-I-THERESEARCHANDEDSIGNOFELECTRONICCOOLINGSYSTEMBASEDONTHERMOELETRICCOOLINGMODULEABSTRACTThetraditionalmethodofcoolingisusingcoldcompressor,whichcanprovideenoughrefrigeratingoutputwithabigspaceandexpensivecostrelatively.Theadvantagesofthermoelectricc

4、ooleraresmall,portableandFreon-free,thereforthermoelectriccoolersaresuitableforportableelectroniccoolingsystem.ThekeypointsofenhancingthecoolingefficiencyofthethermoelectriccoolerarefigureofmeritZandthedifferencesintemperaturebetweencoolsideandhotside.Zisdecidedbysemiconductormaterialitself

5、,thenthecoolingefficiencydependsonthedifferencesintemperature,whichdeclinesandthecoolingefficiencyrises.Inthisthesis,athermoeletriccoolingsystemisdesignedandfinished,includingcoolingmodule,temperaturemeasurementmodule,adiabaticmoduleandheatchangemodule.Thecoolingexperimentsincludetwoparts:n

6、oheatchangeanddynamicheatchange.Theformershowthelowestwatertemperatureofthecoolingsystem,thelattershowtheprocessthatheatistransferedtometalcanbytheheatchangemodule.Withthefan-cooledradiator,theresultsoftheexperimentshowthatthefollowwaycandeclinethedifferencesintemperaturebetweencoolsideandh

7、otsideofthethermoelectriccooler:declininginitialtemperatureofthewaterinthetank,increasingtheflowmassofthecyclewaterandenhancingthepowerofthefan-cooledradiator,andtheyprovethefeasibilitythatheatchangecanbeaccomplishedbetweenthetankandenvironmentincertainr