驱动电源对热电模块制冷性能的影响

在热电制冷系统实际工作过程中,冷热端温差引起的Seebeck电压会抵消部分输入电源。热电模块的理论研究通常以电流为研究变量,并忽略Seebeck电压的影响。但热电产品在实际过程中通常选用直流电压源进行工作。因此,研究驱动电源对热电模块制冷性能的影响是非常重要的。本文以商用热电模块(TEC1-12706)为研究对象,利用MATLAB模拟计算其在不同驱动电源下分别对应的最小冷端温度、最大冷热端温差和相应电压或电流随热阻变化的关系,并设计实验进行验证。结果表明,在理想情况下不同驱动电源对于热电制冷性能无影响;但在实际情况下,不同驱动电源在达到相同制冷能力时对应了不同的电压/电流,冷热端最大温差随热阻增大而减小。热电产品温度控制系统应根据输入电源的不同而变化,为热电模块选择合适的电源提供了方案。     

多级热电制冷器的数值模拟与实验研究

对多级热电制冷器进行了理论分析。在三种不同工况下,运用ANSYS模拟四种不同类型热电制冷器的制冷温度,并搭建实验台进行了实验研究。模拟结果表明,热电制冷器热电对之间的距离对其制冷温度有影响,设计热电制冷器时,应对热电对距离进行优化设计。实验结果表明,实验用热电制冷器最佳工作电压为12V,热电制冷器制冷温度受外界环境影响非常大,选择合适的绝热材料对制冷器制冷温度有重要影响。实验结果还表明,热电制冷器输入电流和功率随热端温度升高而减小,制冷温度和最大制冷温差随热端温度升高而增大。     

半导体制冷器在弱散热条件下的制冷性能分析

利用ANSYS Workbench中的热电耦合模块对3款型号半导体制冷器进行建模与数值模拟,并将模拟结果与文献进行对比。基于此模型分析了在热端散热条件受到限制的情况下3款型号半导体制冷器制冷性能的变化规律。研究表明:热端散热条件对功率越大的器件影响越显著,在冷端温度为10℃时大功率器件的散热量较小功率器件高出13. 8%,热端温度高出7. 7℃,其制冷量与制冷系数仅为后者的25. 7%和19. 7%。将输入电压由12 V减小为9 V后,在相同的散热条件下大功率器件的制冷量增加了2. 1 W,增幅达211%,制冷系数增幅达142%。但其性能依然不及其余两款小功率器件。因此,在热端散热条件受到限制时,适当减小器件的输入功率反而可以得到更好的制冷性能,且小功率器件更适合在该场合下使用。在器件的冷端温度高于室温时,大功率器件的热端温度容易过高,影响器件使用寿命甚至烧毁器件。将输入电压由12 V减小为9 V后,大功率器件的制冷量较小功率器件高6. 9%。因此,在适当减小输入功率后,大功率器件会更适合冷端温度高于室温的制冷工况。     

某特种设备热电制冷热端散热实验研究

热电制冷元件是一种高热流密度元件,在红外测量、低温超导、空间技术等领域有广泛的应用。本文建立了实验装置并对高温43℃下某特种设备热电制冷热端在几种不同散热方式下制冷效果进行了比较,证明了可通过改善传热条件来提高其制冷量。     

多目标约束下半导体制冷片几何结构参数的优化设计

研究半导体制冷片几何参数的影响,往往设置固定的制冷片冷热端温度及输入电流。本文通过固定半导体制冷片外部的冷热端换热条件及输入电压,逐一分析了制冷片多个几何参数对制冷量、COP和制冷片冷端温度的影响,对每一个影响项的物理含义都给出了详细的说明,揭示了这些参量之间存在着的耦合关系。并在此基础上,综合制冷量、COP和制冷片冷端温度3个优化目标对制冷片几何参数选取范围的约束特性,提出了基于多目标优化的几何参数选择图,该图可快速清晰地得到不同需求下最佳的pn结几何参数。如在设置的边界条件下,当冷端温度需求为280 K,制冷量为15 W时,存在几何参数的最优解,而当冷端温度需求为240 K,制冷量为100 W时,则不存在可同时满足冷端温度和制冷量需求的几何参数。     

多级热电制冷器的ANSYS模拟与实验研究

从基本传热角度对热电制冷进行了理论分析。在不同外界环境和不同热端温度下,运用ANSYS模拟了四级热电制冷器的制冷温度。最后搭建实验台进行了实验研究。模拟与实验结果表明,热电制冷器受外界环境影响较大,在其应用过程中,应注意热电制冷器的绝热。热电制冷器制冷温差随热端温度升高而增大,因此保证热电制冷器的良好的热端散热是保持其优良性能的必要条件。     

CCD芯片热电制冷的非稳态传热研究

针对散热受限热电制冷系统中温度非稳态变化过程,建立了一个简单的分析模型,基于该模型对CCD芯片热电制冷进行了仿真分析和实验研究.仿真和实验结果均表明:在散热受限条件下,热电制冷系统的热传过程长时间处于非稳态;存在一个最优制冷电流I_(max),当I_c相似文献   

热电制冷器特性分析

分析了热电制冷器的制冷工作特性、变工况特性和变电压特性,同时分析了附加传热温差、焊缝电阻、杂散热交换、元件性能下降对热电制冷器性能的影响.提出了热电制冷器的工作电压范围、工作电压与恒定冷端温度之间的关系.     

应用半导体制冷的冷藏链用储藏箱性能实验研究

半导体制冷片因其体积小、制冷速度快的优点在冷藏链运输领域具有很强的应用潜力。为测试半导体制冷箱的制冷效率,本文搭建了制冷储藏箱性能测试实验台,对应用两片TEC1-12706型及TEC1-12712型半导体制冷片的制冷储藏箱的工作性能进行实验研究。实验中分别在储藏箱中加入2 000 m L冰块开始实验及应用1 500 mL冰块与3 kg食材及3瓶500 mL矿泉水的组合开始实验,两次实验中同时改变热端散热方式及冷端风扇吹风方式。结果表明:对于同型号半导体制冷片,水冷方式时制冷效果更好,但持久性不强;同型号半导体制冷片冷端风扇下吹方式与侧吹方式相比气流组织更好。当容积为0. 1 m³的储藏箱面向冷藏需求时,可应用两片采取热端风冷方式的TEC1-12706型半导体制冷片,此时10 h内箱体中心温度最大约为6℃,最小约为0℃;当容积为0. 1 m³的储藏箱面向冷冻需求时,可应用两片TEC1-12712型半导体制冷片结合水冷式热端和风扇下吹式冷端,能维持3 h箱体内温度不高于0℃。     

半导体制冷与固体除湿结合装置的性能探究

半导体制冷（又称热电制冷）因为降温迅速、易于控制等优点,广泛应用在工业生产、日常生活等方面。而热端散热效果成为制约半导体制冷效率的主要因素。半导体制冷在空气除湿领域的应用研究日趋深入,但传统的冷却除湿要求半导体冷端温度较低,使半导体制冷效率降低。建立半导体制冷（热管排热系统）、固体吸附剂结合的除湿模型,通过6级半导体制冷与热管散热系统的实验装置对干工况进行模拟验证,再模拟固体除湿工况在不同输入电流下的性能。模拟结果表明：当除湿量与文献中半导体冷却除湿装置相同时,该半导体与固体除湿结合的模型的系统COP为1.78,明显高于文献中装置的COP。说明结合固体吸附剂后可以加强传质动力提高冷端温度,从而提高系统性能。     

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。     

碲化铋基热电器件的有限元模拟与设计组装

利用ANSYS软件构建碲化铋基多热电对的仿真模型,研究了不同热电对数量对热电器件性能的影响及应力分布,建立可实现的器件模型。模拟结果表明,热电器件的应力主要分布在各个材料的接触面上。在热电器件冷端面、热端面温差恒定为50℃、输入电流为9 A时,热电器件的制冷系数取得最大值,为0. 24;输入电流为10 A时,取得最大制冷量1. 33 W。对器件的制备工艺进行改进,成功制备出七对热电对构成的平面型热电器件。在重新构建的ANSYS模型中引入接触电阻,显著降低了制冷系数,当设定温差为10℃、冷端面温度为20℃时,制冷系数为0. 03。这也为后续热电器件的制备提供了理论指导。     

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.     

热电冷凝除湿技术的应用研究

本文重点研究了热电制冷方式的除湿能力,并列出了热电冷凝除湿器的4种不同冷端结构形式,通过实验测量除湿量法,对比分析了不同结构对除湿能力的影响,并选出最优冷端结构形式,为以后热电冷凝除湿器结构优化设计提供依据。     

“Ω”形轴向槽道热管传热系统传热能力试验研究

开展了"Ω"形轴向槽道热管传热系统使用不同界面填料时在不同传热量下各个部分温差的试验研究,比较了热管在不同安装条件下热管温差、热管两端翅片与其安装面的传热温差、管壳与翅片的温差以及热端安装面与冷端安装面的温差。研究表明,热端安装面的温度与冷端安装面的温度均随加热量的增大而升高;界面材料不同,热端安装面与冷端安装面的温度分布不同,石墨片作为界面材料时安装面的温度均匀性更好;各个部分的温差基本也随加热量的增大而增大。     

风冷式热电空调器的改进研究

针对传统型风冷式热电空调器厚度较大的缺点,提出一种改进型结构。利用Icepak软件模拟某工况下传统型风冷式热电空调器和改进型风冷式热电空调器的性能,并通过试验验证模拟方法的可靠性,最后利用数值模拟方法分析电流、空气温度、散热器材料对改进前后空调器性能的影响。模拟结果显示:相同条件下空调器改进前后制冷和制热性能基本相同,改进型风冷式热电空调器更适合应用于沙发、座椅及微型制冷箱等厚度较小的物体。     

便携式热电制冷器制冷性能优化的试验分析

设计、组装一台便携式热电制冷器并对其性能进行试验研究,结果显示,200 mL的水在33 min内降温17.0℃,折合制冷量7.3 W,制冷器容器的高度方向上存在较大温差,且水温降低后密度增大而下沉,使水的自然对流换热过程受到抑制,这2个因素的综合作用使制冷片冷热端温差增大,制冷量减小,工况恶化。为优化该制冷器的制冷性能,在制冷片冷端增设重力式热管(充注R134a)并进行试验研究,结果表明,1 L的水在75 min内温度降低12℃,折合制冷量9.3 W,比优化前增大了27.4%。表明重力式热管的加入能够改善制冷器内水的对流换热情况,增大换热面积,减小竖直方向上的传热温差。     

热电模块应用的几个相关问题分析

提出了一种解决热电模块参数的方法.给出了可获得较大制冷系数的条件.热电器件冷却采用最小电流控制技术可获得较高的制冷效率,该技术已成功地应用在某热电控制的微通道换热系统中.     

基于热电冷却的集成散热装置的性能优化分析

针对半导体器件热通量逐年增长的现象,讨论了1种由热电模块、散热器等集成的散热装置来满足其散热要求.通过在icepak中建立该散热装置的数值模型,从热电模块的冷、热端温度场及热电模块的制冷量和制冷系数,分析工作电流、热电臂面长比和环境温度对其散热性能的影响,从而选择合适的热电模块,并使之在最佳工况下运行,从而优化散热装置...     

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.