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热电在冰箱中的应用

  这种超低温冰箱主要用于医学和生物学中,用以储藏医药和生物组织。热电堆由12个热电对组成,工作电流9A,电压1.8V。当环境温度为27。c时,工作室内的温度为4℃。电源开关合上后,经80min,冷、热端的温度达到额定温差的90%。冰箱底部有一专门的动力区,交流电经变压器降压后,进入半导体整流器,整流后输入半导体热电堆中制冷。

  有一种便携式的家用冰箱,适宜于野外工作人员使用。这种冰箱的电压为12V,可用汽车蓄电池供电。一台工作腔容积小于O.03m3的家用冰箱,其工作电流约为2~3A。为了提高家用冰箱的制冷系数,在热电堆的热端散热器外面装有微型风扇,进行强制冷却。

  近年来,由于太阳能电池的发展,有人研制了太阳能冰箱,由太阳能电池产生的电能,一部分经过二极管输入冰箱的热电堆中,另一部分输入蓄电池内,供晚上或阴天制冷用。电堆冷端的吸热器吸收工作腔内的热量,实现制冷。电堆热端的热量通过热端散热器向外散发。为了加强热端的散热,在热端散热器下面装有风扇。工作腔外壁为泡沫塑料绝热层,具有良好的保温性能。

  热端与散热器基部的温差,冷端与冷端吸热器表面的温差。腔内中心部分的温度。室外环境温度为。从热端散发的热量,经过散热器的导热热阻和空气的对流换热热阻。排入温度的大气中。从空气传入冰箱内部的热量,经过绝热壁外侧的对流换热热阻月。,绝热壁的导热热阻冗*,以及绝热壁内侧的对流换热热阻,传入温度的工作腔内。再经过冷端吸热器表面的对流换热热阻和冷端吸热片的导热热阻,传入冷端。

  太阳能冰箱的制冷系数,是设计时的一个重要参数。因为提高制冷系数后,可以减少太阳能电池的面积和尺寸,使成本显著下降,因而常以冷冻设备最大制冷系数工况作为设计工况。当热电堆热端用强制通风散热时,热端温度受散热器结构及风扇流量的影响。加强散热可以降低热端温度,从而提高制冷系数,降低电能的消耗,但加强散热引起风速及流动阻力的增加,使消耗于风扇的电能增长,因此需对散热器进行优化设计,使热电堆及风扇的总耗电量最小。

  通过优化计算,使目标函数,最小。优化计算时假定从周围气体漏入冰箱工作腔内的散热量固定不变。实际上,降低漏热量是提高冰箱性能的十分重要的措施,为此应采用绝热性能良好的隔热材料。国内常用的材料为聚氨脂发泡塑料,其导热系数为O.029W/(m•K)。一台冰箱漏热率Q*与冰箱内、外温差的实验曲线。实验时环境温度为40℃,冰箱内部容积为6×10~m。。这台冰箱采用174个热电对组成热电堆,输入功率4W。