制冷技术应用

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致冷器---应用选择
半导体致冷应用产品的心脏部分是半导体致冷器,根据半导体温差电堆的特点,弱点及应用范围,选用电堆时首先应确定以下几个问题:
1、确定电堆的工作状态。根据工作电流的方向和大小,就可以决定电堆的致冷,加热和恒温性能,尽管最常用的是致冷方式,但也不应忽视它的致热和恒温性能。
2、确定致冷时热端实际温度。因为电堆是温差器件,要达到最佳的致冷效果,电堆须安装在一个良好的散热器上,根据散热条件的好坏,决定致冷时电堆热端的实际温度,要注意,由于温度梯度的影响,电堆热端实际温度总是要比散热器表面温度高,通常少则零点几度,多则高几度、十几度。同样,除了热端存在散热梯度以外,被冷却的空间与电堆冷端之间也存在温度梯度。
3、确定电堆的工作环境和气氛。这包括是工作在真空状况还是在普通大气,干燥氮气,静止或流动空气及周围的环境温度,由此来考虑保温(绝热)措施,并决定漏热的影响。
4、确定电堆工作对象及热负载的大小。除了受热端温度影响以外,电堆所能达到的最低温度或最大温差是在空载和绝热两个条件下确定的,实际上工作的,电堆既不可能真正绝热,也必须有热负载,否则无意义。
5、确定致冷器的级数。电堆级数的选定必须满足实际温差的要求,即电堆标称的温差必须高于实际要求的温差,否则达不到要求,但是级数也不能太多,因电堆的价格随着级数的增加而大大提高。
6、电堆的规格。选定电堆的级数以后,就可以选定电堆的规格,特别是电堆的工作电流。因为同时能满足温差及产冷的电堆有好几种,但是由于工作条件不同,通常选用工作电流最小的电堆,因为这时配套电源费用较小,然而电堆的总功率是决定因素,同样的输入电功率减少工作电流就得增加电压(每对元件0.1v),因而元件对数就得增加。
7、确定电堆的数量。这是根据能满足温差要求的电堆产冷总功率来决定的,它必须保证在工作温度时电堆产冷量的总和大于工作对象热负载的总功率,否则无法达到要求。电堆的热惯性非常小,空载下不大于一分钟,但是由于负载的惯性(主要是由于负载的热容量造成的),因此实际要达到设定温度时的工作速度要远远大于一分钟,多时达几小时。如工作速度要求愈大,电堆的数量也就愈多,热负载的总功率是由总热容量加上漏热量(温度愈低、漏热量愈大)。
上述七个方面是选用电堆时考虑的一般原则,根据上述原用户首先应根据需要提出要求来选择致冷器件。一般的要求:
①、给定使用的环境温度Th ℃
②、被冷却的空间或物体达到的低温度Tc℃
③、已知热负载Q(热功率Qp、漏热Qt)W
已知Th、Tc和Q,再根据温差致冷器的特性曲线就可估算所需的电堆及电堆数量。
1、确定致冷器的型号规格

2、选定型号后,查阅该型号的温差电致冷特性曲线图。
3、由使用环境温度和散热方式确定致冷器的热端温度Th,得出相近的Tc。
4、在相应的特性曲线图中查出冷端Qc的产冷量。
5、由所需的产冷量Q除以每个电堆的产冷量Qc就得到所需的电堆数量N=Q/Qc

 

 

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