熱電在冰箱中的應用
這種冰箱主要用于醫(yī)學和生物學中,用以儲藏醫(yī)藥和生物組織。熱電堆由12個熱電對組成,工作電流9A,電壓1.8V。當環(huán)境溫度為27。c時,工作腔內的溫度為4℃。電源開關合上后,經80min,冷、熱端的溫度達到額定溫差的90%。冰箱底部有一專門的動力區(qū),交流電經變壓器降壓后,進入半導體整流器,整流后輸入半導體熱電堆中制冷。
有一種便攜式的家用冰箱,適宜于野外工作人員使用。這種冰箱的電壓為12V,可用汽車蓄電池供電。一臺工作腔容積小于O.03m3的家用冰箱,其工作電流約為2~3A。為了提高家用冰箱的制冷系數(shù),在熱電堆的熱端散熱器外面裝有微型風扇,進行強制冷卻。
近年來,由于太陽能電池的發(fā)展,有人研制了太陽能冰箱,由太陽能電池1產生的電能,一部分經過二極管輸入冰箱的熱電堆中,另一部分輸入蓄電池內,供晚上或陰天制冷用。電堆冷端的吸熱器4吸收工作腔內的熱量,實現(xiàn)制冷。電堆熱端的熱量通過熱端散熱器6向外散發(fā)。為了加強熱端的散熱,在熱端散熱器下面裝有風扇。工作腔外壁為泡沫塑料絕熱層2,具有良好的保溫性能。
熱端與散熱器基部的溫差,冷端與冷端吸熱器表面的溫差。腔內中心部分的溫度。室外環(huán)境溫度為。從熱端散發(fā)的熱量,經過散熱器的導熱熱阻和空氣的對流換熱熱阻。排入溫度的大氣中。從空氣傳入冰箱內部的熱量,經過絕熱壁外側的對流換熱熱阻月。,絕熱壁的導熱熱阻冗*,以及絕熱壁內側的對流換熱熱阻,傳入溫度的工作腔內。再經過冷端吸熱器表面的對流換熱熱阻和冷端吸熱片的導熱熱阻,傳入冷端。
太陽能冰箱的制冷系數(shù),是設計時的一個重要參數(shù)。因為提高制冷系數(shù)后,可以減少太陽能電池的面積和尺寸,使成本顯著下降,因而常以冷凍設備最大制冷系數(shù)工況作為設計工況。當熱電堆熱端用強制通風散熱時,熱端溫度受散熱器結構及風扇流量的影響。加強散熱可以降低熱端溫度,從而提高制冷系數(shù),降低電能的消耗,但加強散熱引起風速及流動阻力的增加,使消耗于風扇的電能增長,因此需對散熱器進行優(yōu)化設計,使熱電堆及風扇的總耗電量最小。
通過優(yōu)化計算,使目標函數(shù),最小。優(yōu)化計算時假定從周圍氣體漏入冰箱工作腔內的散熱量固定不變。實際上,降低漏熱量是提高冰箱性能的十分重要的措施,為此應采用絕熱性能良好的隔熱材料。國內常用的材料為聚氨脂發(fā)泡塑料,其導熱系數(shù)為O.029W/(m·K)。圖4—4為一臺冰箱漏熱率Q*與冰箱內、外溫差的實驗曲線。實驗時環(huán)境溫度為40。C,冰箱內部容積為6×10~m。。這臺冰箱采用174個熱電對組成熱電堆,輸入功率4W。
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