制冷技術應用

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致冷器---應用選擇
半導體致冷應用產品的心臟部分是半導體致冷器,根據半導體溫差電堆的特點,弱點及應用范圍,選用電堆時首先應確定以下幾個問題:
1、確定電堆的工作狀態。根據工作電流的方向和大小,就可以決定電堆的致冷,加熱和恒溫性能,盡管最常用的是致冷方式,但也不應忽視它的致熱和恒溫性能。
2、確定致冷時熱端實際溫度。因為電堆是溫差器件,要達到最佳的致冷效果,電堆須安裝在一個良好的散熱器上,根據散熱條件的好壞,決定致冷時電堆熱端的實際溫度,要注意,由于溫度梯度的影響,電堆熱端實際溫度總是要比散熱器表面溫度高,通常少則零點幾度,多則高幾度、十幾度。同樣,除了熱端存在散熱梯度以外,被冷卻的空間與電堆冷端之間也存在溫度梯度。
3、確定電堆的工作環境和氣氛。這包括是工作在真空狀況還是在普通大氣,干燥氮氣,靜止或流動空氣及周圍的環境溫度,由此來考慮保溫(絕熱)措施,并決定漏熱的影響。
4、確定電堆工作對象及熱負載的大小。除了受熱端溫度影響以外,電堆所能達到的最低溫度或最大溫差是在空載和絕熱兩個條件下確定的,實際上工作的,電堆既不可能真正絕熱,也必須有熱負載,否則無意義。
5、確定致冷器的級數。電堆級數的選定必須滿足實際溫差的要求,即電堆標稱的溫差必須高于實際要求的溫差,否則達不到要求,但是級數也不能太多,因電堆的價格隨著級數的增加而大大提高。
6、電堆的規格。選定電堆的級數以后,就可以選定電堆的規格,特別是電堆的工作電流。因為同時能滿足溫差及產冷的電堆有好幾種,但是由于工作條件不同,通常選用工作電流最小的電堆,因為這時配套電源費用較小,然而電堆的總功率是決定因素,同樣的輸入電功率減少工作電流就得增加電壓(每對元件0.1v),因而元件對數就得增加。
7、確定電堆的數量。這是根據能滿足溫差要求的電堆產冷總功率來決定的,它必須保證在工作溫度時電堆產冷量的總和大于工作對象熱負載的總功率,否則無法達到要求。電堆的熱慣性非常小,空載下不大于一分鐘,但是由于負載的慣性(主要是由于負載的熱容量造成的),因此實際要達到設定溫度時的工作速度要遠遠大于一分鐘,多時達幾小時。如工作速度要求愈大,電堆的數量也就愈多,熱負載的總功率是由總熱容量加上漏熱量(溫度愈低、漏熱量愈大)。
上述七個方面是選用電堆時考慮的一般原則,根據上述原用戶首先應根據需要提出要求來選擇致冷器件。一般的要求:
①、給定使用的環境溫度Th ℃
②、被冷卻的空間或物體達到的低溫度Tc℃
③、已知熱負載Q(熱功率Qp、漏熱Qt)W
已知Th、Tc和Q,再根據溫差致冷器的特性曲線就可估算所需的電堆及電堆數量。
1、確定致冷器的型號規格

2、選定型號后,查閱該型號的溫差電致冷特性曲線圖。
3、由使用環境溫度和散熱方式確定致冷器的熱端溫度Th,得出相近的Tc。
4、在相應的特性曲線圖中查出冷端Qc的產冷量。
5、由所需的產冷量Q除以每個電堆的產冷量Qc就得到所需的電堆數量N=Q/Qc

 

 

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