半导体制冷效率及空间冷量传递特性试验研究

半导体制冷效率及空间冷量传递特性试验研究 华 南 理 工 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) 第,,卷 第 ,期 , , , , , , , , , , , ,, ,,,, ,,, ,, , , , ,, ,, , ,, , ,, , ,, ; , , ,, , , ,, ,,, , , , ( , , , ;, ; ,,,) ,, ,, ,, , , , ,年 ,月 ,, , , , ,？ , ,, , , , ,, , ,, , , , , 文 章编 号 :,, , , , ,, ,, , , 半导体 制冷效率及空 问冷量传递特性试验研 究 筒 弃 非 粱 荣 光 张 勇 黄 秀艳 华 广 , ,, ( 南 理 工 大 学 交通 学 院 ( 东 广 州 , , , ) 摘 而 要 :半 导体 制 冷效 率的 太 小取 决 于热 电堆 冷热 端 的温差 ， 强化 热 端 的散 热与 强化 从 冷端 的冷 量散发 有利 于降低热 电堆 冷热 端的 温差 ， 而提 高半导体 的制冷 效 率 本 文探 讨 了 由 半 导 体 冷 端 提 供 冷 量 进 行 制 冷 的 空 间 温 度 在 自然 时 流 和 强 制 对 流 状 态 下 随 时 间 变 化 的规律 结 果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明强制时流 有助 于净 量的传 递和 制冷 效率的提 高( 半 关键 词 : 导体制冷 ;温度分 布 :制冷 效 率 , , 中图 分类号 : , , , 文 献 标识码 :, 半导体 制冷 ( 与 即热 电制冷 或温差 电制冷 ) 传统 产冷量 少 ， 大， 反 制玲效率 低 ; 之 产冷量 多 ，制冷效 率 制冷方 法不 同韵 是 既 没有 制冷 剂 ， 没 有复 杂 的机 也 〕 高 现有文 献 ， 侧 重 于研 究 其 热端 采 用 风 冷与 承 只要 给热 电制冷 器接上 电源 ，械设 备和 管路 系统 ， 就 冷散热 效果 的对 比 以及 半导 体 元 件 内部 结 构 ，如半 其 重 无可 以制冷 ( 主要 优 点 是外 形 尺 寸 小 、 量 轻 、 摩 优值系 数 等 半导体 热电堆 导体 制玲片 的材料 构成 、 无擦 、 噪声 、能精确 控制 和平稳 调节温 度工 况与 制冷 所 温度 分布特性 如 图 , 示 ( 不 无量 ， 存在制 冷剂 泄漏而 引起 的空气 污染 问题 ， 需 管 在 工 农业 和 医疗等 领 经 常维 修 ， 理方便 ， 国防 、 业 、 敲甚片 特域 中有 广泛的应 用 前 景 ， 别适 用 于 一些 特 殊场 合 如潜艇 空调 、 压舱 空调 、 用 通 讯 车 和地 的制 冷 ， 加 军下工 程等 (最早 的 热电 空调 器 由美 国研 制 成 功并 应 用在核 潜艇 上 ，现美 国最 大 的热 电空 调器 的 制冷 量 已达 , , , ( ,, , :: : 二 , 紊三 一 皂、 一 随 着半 导 体技 术 的 飞速发 展 ， 导体 器 件 的稳 半 : : , : , , ,, ” 可靠 性等 得到 了极大改 善 ，定性 、 使 大功率 半导体器 件 已达 实用水 平 ， 用寿命 得到 了保证 ( 半导 体工业 的 , 二 二 : 羔, : 为热 电制冷 提供 了质量 可靠 的制冷元件 ，发展 ， 同时 图 , 半 导 体 热 电堆 温度 舒布 热也促 进 了半 导 体制 冷 技术 的进 一步 发 展 ( 电性 能 , ,, , ,, , , , , , , ,, , , , , ,, , , ,, , , , , , , , , , , ? , , 好 的制冷元件 可促 使 热 电效 应 效率 的 提 高 ，这有 助 ,, ;, , , , ; ,, ,, , ,; ,,,, 能效 比) 提高 于半导体 热 电空调 器的制 冷系数 ( 的 一 。为 由 , , 热 电 堆 产 生 的 最 大 温 差 ， 于 热 电 冷) 冷 片结 合 ， 堆 的热 ( 端与散 热 ( ) 冷 端 就会 在热 ( ) , 半 导体 热 电堆 温度 分 布 与 产冷 量 即 一, 与 。 一 , ( 结 合面产 生传 递 温差 ， 丁 , ， 丁 : , 同 冷) , 与 丁, , 时散 热 ( 片本 身存在 传递 温差 丁， 丁 ; 其 半 导 体制 冷元 件 在 出 厂 后， 产冷 量 和 制冷 效 冷 片的材料 丁 上述温差 在半导体 热 电堆 和传热 ( ) 温率 的大小决 定 于半 导 体 热 电堆 玲 热端 的温差 ( 差 与结构 确定 以后 基 本 上 为定 值 ，此时 半 导体 制冷 片 收 稿 日期 : , , , , , , —, —, 的 产 冷 量 为 ,, ， 讲师 ， 作者筒介 :简弃非 ( , ,一)男 ， 博士 ( 主要 从事强 : , ,率 ,, 一 , , (, ,) ( ， ) 化 传 热传 质 与 节 能 的 研 究 弟 ,期 简弃 非 等 半 导 体 制 冷赦 率 及 空 间 冷 量 传 递 特 性 试验 研 究 , , 式 中: 为半导体制 冷片产冷 量 ， ; 为温差 电动势 能 明热 端散 热用 的风 扇 产 生 的风 量 足够 大 ， 满足 半 ,, ，为工作 电流 ， , 为 热电偶 热导 ， ,(率 ， ,; ,; ,, 能使 热端 热量及 时散发 ， 持 导 体热 电堆散 热需要 ， 保 散热 片与外 界环 境 温 差 , 了 和传 冷 板 表 热端 温度基 本不变 ?ú皇?半导 体冷端 温度 的影 响) ( ,面与制冷空 间 温差 了 ,的 ,一了 , 大小 随散 热 ( ) ; 冷 方 就 如果 半导 体 冷 端提 供 的冷 量 发生 变化 ， 会 引 式的不 同而变化 ( ,可 采 冷 由式 ( ) 知 ， 用强 化传 热 ( ) 起 依靠 半导 体热 电堆 提供 冷 量进行 冷却 的空间 温度 降低热端表 面环 境 温 差 的 同 时 ，强化 冷端 表 面 的 冷 发 生 变化 ， 则 提供 的冷 量增 大 ， 制冷空 间 的温度从开 量散发效 果 ( , ， 使 ;升 高 ) 既提 高 了冷 量 的 传 递 速 始 相 同 的初 始温度 到最终 的稳 定温度 分布所 需时 间 也相应缩 小 了冷热 端 的温差 (,率， 了, ,值 ; 减小 )， 且温度 场 的温差 ( ,、 两点 ) 会缩 短 ， 如 , 会增大 (有利 于提 高半导 体元件 的产 冷量和 制冷效 率 试 验时分别对 制冷空 间中的强 制对 流风扇 的断 开 电源 ( 和 强 自然 对 流 状 态 ) 接 通 电 源 ( 制 对 流 状 态 ), 试 验 装 置 以 两 种 情 况 进 行 探 讨 ( 研 究 制 冷 堆 的 冷 量 在 两 种 空 气流 动状 态下 的传 递变化 规 律 ( ,,, × 试验 用 半 导 体制 冷 堆 的外 形 尺 寸 为 , ,, ,,×, ,,,， 作 电压 为 , 最大 工 作 电 流 工 ,,， , , 无 井加 负载 时制 冷 空 间 的温度 分布 为 , ,， 源 采 用 外 置 直 流 电 源 ， 大 产 冷 量 为 电 最 测量分关 闭和开启风扇两种情况 ，以便 对 比强制 , ( 验 装 置 见 图 ,, 试 在无外加 负载且达到稳 定温度状 对流时的传冷效 果 ( 无风扇情况下制冷室 温度分布为 : 点 , ,? ( 态时 ， , ( 强 制 对谎 风 崩 ,? ， 日点 , , ,? ; ;点 , ( ,、 而在有 风 扇作 用下 ， 日、 ， ，, ( 见 (( , 点 的终 温 分 别 为 , ， ，, ,? ( 图 ,, 一 二) 二二, 图 , 试 验 装 置 ,( ,, , ,, , ? , ,, , ,, ,, , ,,, ,, 热 制 冷堆 冷 端 与铝 板 连接 ， 端与 铝台 金肋 片连 在制 冷堆 冷热 端表面抹 导热硅酯 ，接进行散 热 ， 以减 图 , 自然 对 流 时制 冷 空 问 温度 随 时 间 的变 化 少接触热 阻 ，同时将 冷 端传 冷 铝 板和 热 端散 热 肋 片 .