8.热电制冷解析.ppt

2021/2/12 * 元件的横截面积可以以不同的方 式构成。如图A所示的电偶负荷增加3 倍所采用的三种不同构成方式。 B方式与C方式均属于并联,它 们的电压与图中A相同,但电流及热 流与截面积成正比,是A的3倍。 D方式为串连型,电压与电偶个 数成正比,电压是A的3倍,而电流与 A相同。 B、C、D三者的制冷量、面长比 均相等,B、C适合于大电流的场合; D适合于较高的电源电压的场合。 2021/2/12 * （5）设计工作状态的选择 按制冷系数最优还是按制冷能力最优设计热电堆,应综合考虑 负荷的大小、温差的大小、散热方式及具体工作条件而选择。 在相同的设计条件下,按制冷系数优化的原则设计电堆,则能 量转换的效率高,耗电少,热端散热少。但需要的电偶元件多,体 积大,材料成本高。若按制冷能力优化的原则设计电堆,利弊正好 相反。 在微型制冷装置中,能量转换效率不是主要问题,而缩小尺寸 和发挥制冷能力是主要目的。所以,应该按制冷能力最优设计热电 堆。 2021/2/12 * （6）设计计算步骤 第一种情况: 若已给定电源电压Vt,确定热电堆的元件尺寸和需用电偶数目n。 首先计算一个电偶的电臂电阻R 和热导K 值: 令: 2021/2/12 * 故: 按最大制冷能力设计,加在一个电偶上的电压为V1,工作电流最佳值为Iopt 则: 设电偶串连,则需要的电偶数目为 那么,一个电偶的制冷量等于热电堆的总制冷量除以电偶数目 2021/2/12 * 所以,P型电臂的面长比为 N型电臂的面长比由电偶元件的最佳尺寸关系确定 取两个电臂的长度均为L,则电偶两臂的横截面积分别为 2021/2/12 * 第二种情况: 若已知电偶元件尺寸（rP、rN）,求电源电压Vt及需用电偶数目n。 首先计算出电偶的电臂电阻R 和热导K 值: 再计算出一个电偶的制冷量Qo及其电压降V1: 则所需电偶数n及电源电压V1分别为: 2021/2/12 * 2021/2/12 * 本项目以太阳能为动力,将太阳能光电转换技术与半导体制冷技术相结合,利用半导体制冷片既可制冷又可制热的特点,以及车辆高速行驶时便于散热的有利条件,为在驾驶舱恶劣环境下工作的人们提供舒适的空调小环境,既达到了岗位空调的目的,又符合以人为本,建设节约型社会的宗旨。 2021/2/12 * 第八章 习 题 简答题: 1.简述热电制冷的工作原理及其特点。 2.何为电偶的优值系数?为什么说它是评价电偶热电性能的一个综 合参数? 3.何为串联型多级热电堆?串联型多级热电堆有什么特点? 4.何为并联型多级热电堆?并联型多级热电堆有什么特点? 5.简述热电制冷的特点及其应用。 6.设计中怎样确定热电堆的级数? 7.电偶元件的最佳尺寸与哪些因素有关? 8.何为电臂的面长比?简述图8-12热电偶横截面积的不同构成方式 及其特点。 2021/2/12 * 谢谢大家 ! 2021/2/12 * 第八章 热电制冷 2021/2/12 * 8.1 热电制冷原理及分析 8.1.1 热电效应 热电制冷的理论基础是固体的热电效应。在无外磁场存在时, 它包括五个效应:导热、焦耳热损失,西伯克(seebeck )效应、 帕尔帖(Peltire)效应和汤姆逊( Thomson )效应。 （1）西伯克(seebeck )效应 由两种不同导体组成的电路中,如果导体的两个结点存在温度 差,则电路中将产生电动势E,这就是西伯克效应。由于西伯克效应 而产生的电动势称作温差电动势。 2021/2/12 * 材料的西伯克效应的大小,用温差电动势率α表示。材料相对于某参考材料的温差电动势率为 由两种不同材料P、N所组成的电偶,它们的温差电动势率αPN等于αP与αN之差,即 热电制冷中用P型半导体和N型半导体组成电偶。两材料对应的αP与αN,一个为负,一个为正,取其绝对值相加,并将αPN直接简化记作α,有 2021/2/12 * （2）帕尔帖(peltire)效应 电流流过两种不同导体的界面时,将从外界吸收热量,或向外 界放出热量,这就是帕尔帖效应。由帕尔帖效应产生的热流量称作 帕尔帖热,用符号Qp表示。 对帕尔帖效应的物理解释是:电荷载体在导体中运动形成电流。 由于电荷载体在不同的材料中处于不同的能级,当它从高能级向低 能级运动时,便释放出多余的能量;反之,从低能级向高能级运动 时,需要从外界吸收热量。能量在两材料的交界面处以热的形式吸 收或放出