太阳能供电与半导体制冷箱的设计精.docVIP

太阳能供电与半导体制冷箱的设计 摘　要　太阳能的优点就是环保节能。半导体制冷器，不依靠任何制冷剂，不产生噪音，优势显著，其应用也有着十分广阔的前景。作者将太阳能与半导体制冷结合起来，并对太阳能——半导体制冷器的设计思路和相关实验作了详尽的介绍。 ? ?关键词　太阳能　热电制冷　半导体制冷器 Ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｏｌａｒ－Ｐｏｗｅｒｅｄ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｏｒ by ?Zhang Xi* ? ?Ａｂｓｔｒａｃｔ　Solar energy are energy savers and environmentally benign. Do not rely on chemicals， gases or other refrigerants and do not generate noise，make semiconductor refrigeration conspicuous. Thought of designation and certain experiment of solar-powered semiconductor refrigerator is well introduced in this paper. ? ?Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　Solar Energy ?Thermoelectric- Refrigeration ?Semiconductor Refrigerator 0　前言 ? ?太阳辐射能作为一种能源，与煤炭、石油和核能等比较，有着独具的特点。它的优点可概括如下四点：普遍、无害、 长久、 巨大。按照目前太阳质量消耗速率计，太阳内部的热核反应足以维持600亿年，相对于人类发展历史的有限年代而言，完全可以说是取之不竭，用之不尽的能源。我国属太阳能资源丰富的国家之一，辐射总量在3.3×103～8.4×106kJ/m2·年之间，全国总面积2/3以上地区年日照时数大于2000h。太阳能将成为几十年后我国乃至全世界主要的能源之一。现在利用太阳能进行制冷的方法有许多成熟技术。但无论是太阳能吸收式，或蒸汽喷射式等等，都需要用到氟、溴化锂和氨等制冷剂。相比之下，半导体制冷的优势就比较明显，现在利用半导体制冷的产品也有一些，例如海尔车用冰箱等，受到了有车族的喜爱。 ? ?太阳能和半导体制冷各有优点，能不能把它们结合起来呢？我们设计制作了一个便携式太阳能供电半导体制冷药箱，由太阳能作为它的直接能源，给它供电。其功能是为少量的药品进行低温保存。 ? ?1　太阳能——半导体制冷箱的设计思路 ? ?1.1　 制冷药箱的特点 ? ?制冷药箱应用了半导体制冷技术作为制冷系统，结合太阳能供电，可以做到无噪声、无污染、便于携带、启动快和方便在制冷制热间进行转换，在没有外接电源时，仍然可以工作，并可以对箱内的温度进行实时监控。其体积小、重量轻和方便在各种特殊条件下工作，在小功率致冷时效率高。 ? ?1.2　制冷药箱的构成（见图1） ? ? ?1.2.1 　制冷箱（见照片1） ? ? ?下图为制冷箱实物图，a图为箱内结构，左侧为控制电路部分，右侧为制冷仓；b图下侧为太阳能可抽拉电池板，箱盖上镶嵌有温度显示器。 ? ?1.2.2　选择半导体制冷器 　在制冷器的选择中应考虑以下几点： ? ?1）被冷却物体所欲达到的温度； ? ?2）制冷元件的最大电流数值； ? ?3）热负载，被冷却物的发热量和从外部渗入的热量； ? ?4）选取何种散热方式（自然对流散热、强迫对流散热或液冷等）以及热端与周围介质的热交换系数； ? ?5）冷端同被冷却物体间取何种热交换方式（紧密接触或液体循环等）以及热交换系数； ? ?6）冷却速度与达到温度的时间。 半导体制冷箱的热负荷可按下式计算： ? ? ?实验条件：箱体的传热可视为单层平壁的传热过程，按标准条件，箱外温度t1=32℃，相对湿度为75±5%，箱内温度设为20℃。制冷箱按每小时开门2次计算，再假定每次开门箱内空气全部被置换成箱外空气，储存药品0.2kg。其他发热量取0.2W。为保险起见，将热负荷增加10%的安全系数定为QT。经过计算可得QT=1.1QT=4（W）其中，储物热量QP占总热负荷的50%以上，由于有温度控制电路，当箱内温度稳定后，制冷系统的工况也进入稳定工况，所以制冷箱应该是间歇工作的。 ? ?制冷箱采用空气自然对流散热的换热系统，即选择一定形式的散热片作为热交换器。由于制冷箱冷端与被冷却物采用紧密接触的热交换方式，所以制冷对象所要移走的热量，将直接被制冷器的冷端吸收，再经热电制冷效应把热量移至热端，再经各层的导热把热量传给热