半导体制冷应用于新型膜组件冷腔的试验研究

以新型气隙式膜蒸馏冷腔为研究对象,拟寻求合适的制冷源来代替大型、高耗能的制冷机。实验采用大空间空气强制对流散冷和循环水浴散热的方式,测试分析在特定条件下半导体冷端温度的变化规律,探求适合于空气隙膜蒸馏冷腔的片数及运行工况。研究结果表明,散热循环水浴流量和温度对半导体冷端的温度影响很大,环境温度的变化对半导体冷端温度也有一定的影响。同时并且适合于长时间运行,制冷迅速,稳定性好。在风机风量每小时60立方米,室温24℃,散热循环水浴流量每小时700升,温度20℃的条件下,半导体冷端温度是9.7℃,可以达到膜蒸馏冷腔所需的温度条件。可以作为优化气新型隙式膜组件冷腔的首选方案。     

半导体制冷的膜蒸馏组件设计及可行性实验分析

膜蒸馏组件进行浓缩和提纯需提供冷、热温差,设计了采用半导体制冷的膜蒸馏组件冷腔,构成了一种新型的空气隙膜蒸馏组件.半导体组件冷腔热端采用肋片箱体式水冷散热,在一定流量下,测试了热电堆为3片、6片、8片及9片,电压为4～9 V时冷腔表面及热端散热水域温度等制冷性能.结果表明:当输入电压一定时,半导体片数越多,制冷表面温度越低,9片9V时,温度已达到零下,为-6.1℃;6片热电片,电压5～7 V时制冷表面温度可维持6.5～8.3℃,低于10℃,且消耗的功率较小,满足膜蒸馏所需冷端要求.实验工作为研究半导体制冷组件在太阳能膜蒸馏装置的工程应用奠定了一定基础.     

热电制冷在空气隙膜蒸馏系统中的应用研究

设计了一种采用热电制冷的并接式空气隙膜蒸馏系统,以热电制冷替代机械式制冷为膜蒸馏过程提供冷量。通过对膜蒸馏过程与热电制冷的匹配研究,给出了最佳匹配工况的基本要求。制作了具有水冷散热热电制冷的膜蒸馏冷腔,对单片热电制冷器采用风冷散冷的制冷性能进行研究,结果表明：一定热端散热强度下,热电制冷膜蒸馏冷腔的冷面温度可满足膜蒸馏运行;当热端循环水进口温度为20℃、流量为100L/h、风机风量为660m3/h、热电制冷器工作电流为5.5A时,热电制冷量为87.1W,制冷效率为1.3,二者均为最大值,且预测相应理论蒸馏通量为40kg/（m2?h）。研究结果为小型太阳能热电制冷空气隙膜蒸馏系统的理论研究和实际应用奠定了基础。     

新型膜蒸馏组件中半导体制冷性能试验研究

提出一种具有半导体制冷的新型膜蒸馏组件,基于半导体制冷原理,选择最佳散热方式——水冷散热,试验研究在同种条件下静态和扰动水域的变化对半导体制冷组件性能的影响。研究结果表明：散热水域的温度以及搅动对其制冷性能影响较大,半导体制冷组件在一定工况运行时,制冷表面温度稳定,保持在-3.2℃,可以满足膜蒸馏进行所需的冷端条件,证明半导体制冷组件可以与膜蒸馏过程耦合,为半导体制冷组件在膜蒸馏试验中的应用提供试验依据。     

基于半导体制冷的膜蒸馏组件的设计及实验

设计了半导体制冷膜蒸馏组件的冷腔,设计后的冷腔不仅强化了半导体的散热,并使结构趋于简化,易于实现小型化。实验研究了膜蒸馏组件冷腔冷却水流量及半导体输入功率对铝冷壁壁温的影响,实验结果表明:设计后的冷腔在半导体通电4分钟后铝冷壁壁面温度达到稳定,维持在(7±0.5)℃;冷腔经3.5小时运行后基本稳定在(5±0.8)℃;半导体的输入功率和半导体热端冷却水流量对膜通量的影响较大,但随着半导体输入电流的增大膜通量的增幅在减小。说明半导体内部产生的热量影响了半导体的制冷性能,进而影响了膜通量。     

空气隙膜蒸馏系统膜面处流场特性研究

利用高频PIV系统独有的高频特性,对空气隙膜蒸馏系统膜面处瞬态流场和湍流场进行了研究.由瞬态流场得到膜面附近流场中心涡从开始产生到变大再到逐渐消失的变化规律,对不同入流速度下膜面附近流场的湍流强度进行对比,得到膜面附近的瞬态流场和湍流强度随入流速度的变化趋势,为进一步研究空气隙膜蒸馏系统奠定了一定的数据和理论基础.     

空气隙膜蒸馏过程传质的强化

采用双向入流的圆形短管膜组件,并将超声激励技术用于膜蒸馏系统,以提高空气隙膜蒸馏通量.以自来水和稀盐溶液为料液,研究冷热溶液温差、空气隙厚度、超声激励和溶液浓度对蒸馏通量的影响.实验结果表明:合理设计膜组件、有效布置溶液的流动和控制实验参数,及超声激励技术,能降低温度极化、浓度极化和膜污染,从而有效提高空气隙膜蒸馏通量.     

空气隙膜蒸馏系统热容腔膜面处流场的数值模拟

空气隙式膜蒸馏旋转切向入流利用出水口流体的切向流动对膜面进行冲刷,且不同的结构参数δ、β可加大靠近膜面流体的湍流强度,从而降低靠近膜面的边界层厚度即降低靠近膜面的浓度极化和温度极化现象,进而增大膜通量.利用Fluent软件可以模拟靠近膜面流体的流场、温度场、压力场等流体的流动情况.通过对比几组结构中靠近膜面流场的情况,可以推断出不同的β,δ以改变靠近膜面的浓度极化和温差极化现象.从而得到热容腔的最优结构.     

太阳能半导体制冷的实验研究与数值分析

建立了以水为热交换媒介的太阳能光伏半导体制冷模块实验系统.制冷装置模块化,用以适应制冷功率变化较大的不同空间布局,通过太阳能光电半导体制冷实验获得了不同工作状态下电流、制冷量、制冷系数等重要参数,该参数可为确定系统最佳工作区域提供可靠依据.给出了太阳能热电制冷系统组合方案,介绍了一种新型组合式半导体制冷器和半导体热电发电装置,其数值计算的结构参数、最大制冷系数和制冷率等重要参数以及热电器件最佳工作区域和结构参数的最优范围,可为系统优化设计的配置提供理论上的指导.     

空气隙膜蒸馏机理分析及数学建模

分析了以纯水为工质的空气隙膜蒸馏传质传热过程,提出了间隙冷凝问题,建立了膜通量理论计算模型,并进行数学求解,以实验为基础,验证了模型的正确性.     

半导体制冷冰箱的研究

主要介绍以半导体器件为制冷源的新型绿色食品冰箱.采用帕尔贴效应的制冷方法,使其具有换气、除臭、冷藏、冷冻、食品保鲜等多项功能.该冰箱无污染,制冷速度快,噪声低,具有潜在的市场开发前景.     

半导体制冷的散热与热管散热器的设计

本文从提高半导体制冷效率入手，通过对半导体制冷器散热特性的分析，阐述了利用热管散热的优越性及热管散热器设计的原则。     

半导体制冷在空调中应用的研究

本文针对半导体制冷方式在空气调节中的应用进行了性能分析，提出了改善半导体制冷系数的基本方向是改进半导体材料性能，目前，可通过改善传热条件，提高半导体制冷的性能。     

半导体制冷研究综述

半导体制冷主要是帕尔帖效应在制冷方面的应用,半导体制冷的主要优点是:制冷迅速,操作简单,可靠性强,容易实现高精度的温度控制,无污染等.尤其适用于制冷量不大,又要求装置小型化的场合.目前,广泛应用于国防、科研、工农业、气象、医疗卫生等领域,实现对仪器仪表、电子元件、药品、疫苗等的冷却、加热和恒温.本文通过半导体制冷与机械制冷比较说明半导体制冷的优点和特点.针对半导体制冷的特点和应用现状,通过研究国内外的相关文献,从影响半导体制冷效率的主要方面:理论、材料、结构方式、传热方式四个方面进行综述,从中总结了半导体制冷研究的热点和成就,归纳出当前半导体制冷研究存在的问题,提出影响半导体制冷的主要因素即:高优值系数材料,复杂的多参数工况以及冷热端散热方式与设计.为今后进行深入研究半导体制冷提供了可供借鉴的研究方向和方法.     

基于蒸发冷却的半导体制冷装置制冷性能研究

研究了热端蒸发冷却条件下半导体制冷装置的制冷性能,分别对热端利用空气强制对流、加装超声波加湿器和喷水器的半导体制冷装置进行了实验测试,结果表明,增加强制对流散热强度、加装超声波加湿器和喷水器均可有效提高半导体制冷装置的制冷量和COP.当强制对流风速从1.52 m/s提高到1.87 m/s时,COP和EER分别提高26....     

氨制冷装置用空气冷却器设计新方法

本文针对氨制冷装置用空气冷却器（冷风机）进行了理论分析,建立了数学模型,并将理论结果同实验结果进行了比较,验证了模型的正确性,从而为冷风机的优化设计提供了基础与途径。     

空气隙膜蒸馏热腔温度边界层研究

通过圆柱形喷嘴膜组件和鸭嘴形喷嘴膜组件热腔实验,发现旋转切向入流膜组件的膜通量是单一进口管膜组件2～3倍,而后用数值模拟的方法研究了旋转切向入流膜组件强化传质的原因,数值模拟结果表明,膜组件结构参数改变后,近膜面处的温度边界层以及膜面上的温度分布会发生变化鸭嘴形喷嘴膜组件热腔内的温度边界层厚度为1mm,圆柱形喷嘴膜组件的温度边界层厚度为2.8 mm,并且对于鸭嘴形喷嘴膜组件在小流量下也可获得较高的膜面温度.     

基于半导体制冷的医用恒温箱的设计研究

医用恒温箱主要用于药品、试剂的储存,血液的冷藏保温等,它需要一个低温的恒温环境。本文以血液存储为背景,基于半导体制冷原理设计加工出一个医用恒温箱。首先用三维软件Solidworks 设计出箱体的三维模型,以此为依据加工出实体,然后采用继电器开关控制进行温度的恒温控制,进行实验验证,结果表明所设计的半导体制冷恒温箱,能够满足血液存储的恒温要求。     

水冷式半导体冰箱制冷性能的研究

研究了水冷式散热方法对半导体冰箱制冷性能的提高.以常用的半导体小冰箱为实例,分别测试了在风冷、循环水和恒温水条件下小冰箱的制冷性能.结果表明,水冷制冷效果明显优于传统风冷式,且其制冷性能与冷却水的温度有关.水温越低,半导体制冷器的制冷效率越高,制冷温度越低.当冷却水温度为171 ℃时,水冷半导体小冰箱很快达到冷冻.建立了水冷式半导体冰箱的制冷模型,计算分析了在不同恒定冷却水温度下半导体制冷器冷端温度随时间的变化关系,并将理论结果与实验测量结果进行了拟合分析,发现理论模型与实验测量结果一致.研究结果为水冷式半导体冰箱制冷性能的提高提供了实验和理论依据.     

基于半导体制冷的小型制冷系统研究

目前采用半导体制冷的小型制冷装置,都有效率不高的缺点,而对于半导体制冷的研究,大多都是对于半导体元件的热端的散热系统进行优化设计。在对半导体制冷技术原理分析的基础上,针对基于半导体制冷的小型制冷装置,采用增大冷端的对流换热面积和提高冷端的对流换热系数的方法来解决冷量传递问题,提高小型制冷装置的工作效率。