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《半导体制冷效率及空间冷量传递特性试验研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、华南理工大学学报(自然科学版)第29卷第5期JournalofSouthChinaUniversityofTechnologyVol.29No.52001年5月(NaturalScienceEdition)May2001文章编号:1000-565X(2001)05-0072-04半导体制冷效率及空间冷量传递特性试验研究简弃非梁荣光张勇黄秀艳(华南理工大学交通学院,广东广州510640)摘要:半导体制冷效率的大小取决于热电堆冷热端的温差,而强化热端的散热与强化冷端的冷量散发有利于降低热电堆冷热端的温差,从而提高半
2、导体的制冷效率.本文探讨了由半导体冷端提供冷量进行制冷的空间温度在自然对流和强制对流状态下随时间变化的规律.结果表明强制对流有助于冷量的传递和制冷效率的提高.关键词:半导体制冷;温度分布;制冷效率中图分类号:TQ021文献标识码:A半导体制冷(即热电制冷或温差电制冷)与传统大,产冷量少,制冷效率低;反之产冷量多,制冷效率[2,3]制冷方法不同的是既没有制冷剂,也没有复杂的机高.现有文献侧重于研究其热端采用风冷与水械设备和管路系统,只要给热电制冷器接上电源,就冷散热效果的对比以及半导体元件内部结构,如半可以制冷.
3、其主要优点是外形尺寸小、重量轻、无摩导体制冷片的材料构成、优值系数等.半导体热电堆擦、无噪声、能精确控制和平稳调节温度工况与制冷温度分布特性如图1所示.量,不存在制冷剂泄漏而引起的空气污染问题,无需经常维修,管理方便.在国防、工业、农业和医疗等领域中有广泛的应用前景,特别适用于一些特殊场合的制冷,如潜艇空调、加压舱空调、军用通讯车和地下工程等.最早的热电空调器由美国研制成功并应用在核潜艇上,现美国最大的热电空调器的制冷量[1]已达31kW.随着半导体技术的飞速发展,半导体器件的稳定性、可靠性等得到了极大改善,大
4、功率半导体器件已达实用水平,使用寿命得到了保证.半导体工业的发展,为热电制冷提供了质量可靠的制冷元件,同时图1半导体热电堆温度分布也促进了半导体制冷技术的进一步发展.热电性能Fig.1Thetemperaturedistributionofsemi2好的制冷元件可促使热电效应效率的提高,这有助conductorthermopile于半导体热电空调器的制冷系数(能效比)的提高.Th1-Tc1为热电堆产生的最大温差,由于热电堆的热(冷)端与散热(冷)片结合,就会在热(冷)端1半导体热电堆温度分布与产冷量结合面产生传
5、递温差,即Th1-Th2与Tc2-Tc1,同时散热(冷)片本身存在传递温差Th2-Th3与Tc3-半导体制冷元件在出厂后,其产冷量和制冷效Tc2.上述温差在半导体热电堆和传热(冷)片的材料率的大小决定于半导体热电堆冷热端的温差.温差与结构确定以后基本上为定值,此时半导体制冷片收稿日期:2000-04-19的产冷量为2作者简介:简弃非(1963-),男,讲师,博士,主要从事强IR)(1)Q=αITc3--G(Th3-Tc32化传热传质与节能的研究.第5期简弃非等:半导体制冷效率及空间冷量传递特性试验研究73式中:
6、Q为半导体制冷片产冷量,W;α为温差电动势明热端散热用的风扇产生的风量足够大,能满足半率,V/K;I为工作电流,A;G为热电偶热导,W/K.导体热电堆散热需要,能使热端热量及时散发,保持散热片与外界环境温差Th3-Th4和传冷板表热端温度基本不变(不受半导体冷端温度的影响).面与制冷空间温差Tc4-Tc3的大小随散热(冷)方如果半导体冷端提供的冷量发生变化,就会引式的不同而变化.由式(1)可知,采用强化传热(冷)起依靠半导体热电堆提供冷量进行冷却的空间温度降低热端表面环境温差的同时,强化冷端表面的冷发生变化,提
7、供的冷量增大,则制冷空间的温度从开量散发效果(使Tc3升高),既提高了冷量的传递速始相同的初始温度到最终的稳定温度分布所需时间率,也相应缩小了冷热端的温差(Th3-Tc3值减小),会缩短,且温度场的温差(如A、C两点)会增大.有利于提高半导体元件的产冷量和制冷效率.试验时分别对制冷空间中的强制对流风扇的断开电源(自然对流状态)和接通电源(强制对流状态)2试验装置两种情况进行探讨.以研究制冷堆的冷量在两种空气流动状态下的传递变化规律.试验用半导体制冷堆的外形尺寸为40mm×3.1无外加负载时制冷空间的温度分布40
8、mm×4.7mm,工作电压为12V,最大工作电流测量分关闭和开启风扇两种情况,以便对比强制为3A,电源采用外置直流电源,最大产冷量为对流时的传冷效果.在无外加负载且达到稳定温度状35W.试验装置见图2.态时,无风扇情况下制冷室温度分布为:A点6.8℃,B点12℃,C点15.5℃;而在有风扇作用下,A、B、C点的终温分别为8,11,13.5℃.见图3,4.图2试验装置Fig.2Exper
