基于半导体制冷的冰箱制冷效率提高的研究.pdf

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基于半导体制冷的冰箱制冷效率提高的研究--第1页

基于半导体制冷的冰箱制冷效率提高的研究

【摘要】随着科学技术的不断发展,冰箱行业也日趋壮大,冰箱制冷效率的

提高直接影响着人们生活。本文从半导体制冷空调器的特点、提高半导体制冷空

调效率的途径及试验分析等几个方面进行了分析。

【关键词】半导体制冷;效率;提高

一、前言

近年来,由于半导体的应用领域越来越广泛,基于半导体制冷的冰箱制冷效

率提高的研究问题引起了人们的重视。虽然我国在此方面取得了一定的成绩,但

依然存在一些问题和不足需要改进,在科学技术突飞猛进的新时期,加强半导体

制冷在冰箱制冷的运用,对我国冰箱制冷工程有着重要意义。

二、半导体制冷空调器的特点

半导体制冷空调器与压缩式制冷空调器相比,具有以下优点结构简单,没有机

械传动机构,故工作时无噪声、无磨损、无震动、寿命长、维修方便,可靠性高;

不使用制冷剂,故无泄漏、无污染;直流供电,电流方向转换方便,可冷热两用;重

量、尺寸较小,便于安装;热惯性小,负荷可调性强,调节和控制方便;工作状态不

受重力场的影响;百瓦级的小功率空调器的成本与压缩制冷空调的成本相差不

大;而十瓦级的微型空调器的成本远低于压缩制冷,具有压缩制冷无法替代的优

势。半导体制冷空调具有如上所述众多的优点,但是半导体制冷空调器的制冷效

率较低,它的制冷效率只有机械制冷效率的30%。因此限制了半导体制冷空调在

民用领域的应用。

三、提高半导体制冷空调效率的途径

半导体制冷空调器最大的不足是制冷效率较低,这限制了半导体制冷空调器

的推广和应用。提高半导体制冷空调器的效率,要从影响制冷效率因素的分析入

手,找出有效的解决方法。热电制冷的关键问题是材料问题,但近20年该方面的

研究进展表明,半导体材料优值系数的提高非常困难,因此对半导体材料的探

索仍需要很长的时间。目前,在高优值系数的材料何时出现还是个未知数的情况

下,解决好热电堆热端散热问题,对系统制冷效率的提高起到至关重要的作用。半

导体制冷热端散热方式有很多种,包括空气自然对流、空气受迫对流、水冷散热、

环流散热、利用物质的熔化潜热散热等。半导体制冷空调器的散热方式要根据具

体的使用情况来选择,并且要对散热系统进行优化设计,以保证热端处于良好的散

热状态

四、试验论证

1、研究内容及技术方案

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针对现有采用半导体制冷的小型制冷装置,由于半导体冷端的冷量不能得到

有效的传递,导致半导体元件的冷端温度处于偏高状态,进而继续影响冷端的冷

量传递,造成小型制冷装置的制冷效率低下。现对对其整体结构进行了初步设计、

半导体选择和功率计算等,最终实现对半导体冰箱制冷效率的提高。

2、散热系统的设计

(1)工质选择:实验测得热管两端温度分别为35℃和30℃,根据公式Tv=

(T1+nT2)/(1+n)(其中T1为热源温度,T2为冷源温度)可得工作温度为Tv=

(35+4×30)/5=31(其中n值取4)。通过查表可知氨的适合工作温度为-40℃

~60℃,故我们选择氨作为热管工质。

(2)热管内径的确定:

根据公式:

计算得到携带极限所需管径为:dv=1.6mm式中,在31℃下氨的物性值为:

r=1134.87kJ/kg;QL=592.2kg/m3;Qv=9.6kg/m3;o=0.024N/m;Qent=30W

根据公式

计算得到声速极

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