半导体制冷技术的研究现状及发展方向

半导体制冷技术是一门以热电制冷材料为基础的新兴制冷技术.通过阅读大量文献,从热电材料、结构设计、冷热端散热方式3个方面对半导体制冷技术近年来的研究热点和成就进行了总结和论述,并指出了半导体制冷技术的发展方向.热电材料决定了优值系数Z,可以从根本上提高材料的制冷性能,但研究难度较大,发展缓慢;优化结构设计可以有效地提高制冷单元的实际性能系数,重点在于优化尺寸因子G和热电阻,缺点是实际加工工艺复杂;减小热电偶冷热端的温差有利于提高制冷量,可以大幅提高制冷系数,有效的散热方式是提高半导体制冷效率的重要因素.     

小空间半导体制冷的实验研究

在对半导体制冷实验研究的基础上,模拟小空间(1m3)的制冷环境,对影响半导体制冷的因素进行了讨论.实验结果表明,半导体热电堆两端的散热器和散冷器的结构是影响半导体制冷效率的一个很重要的因素,热电堆的工作电压和电流与制冷效率也有着密切的关系.该研究结果对半导体制冷技术在实际空调系统的进一步发展和应用具有一定的指导意义.     

不同热端温度对低温热电制冷试验箱制冷性能的影响

为优化低温热电制冷试验箱的制冷效率及降低其冷热端温差,理论计算了热电制冷片热端温度为56.18℃和27.31℃时电流、电压、冷热端温差对试验箱制冷性能的影响。建立了三维数学传热模型,模拟了3种热电制冷片布置方式对制冷箱温度分布的影响。结果表明：当热端温度由56.18℃降至27.31℃时,低温热电制冷试验箱的制冷量由150.2 W降至139.5 W,制冷系数由4.41降至3.09,冷凝温度由-22.30℃降至-41.90℃。可见,热电制冷片热端温度的降低能够获得更低的冷凝温度,较高的热端温度拥有较好的制冷性能。     

小型水冷半导体制冷箱的初步设计

基于半导体制冷原理,在半导体热电堆的最优工况下,选择最佳散热方式水冷散热,对小型半导体制冷箱进行设计.使其在最优工况下工作,即可获得较大的制冷量,又可消耗较小的功率,从而降低其功率及成本,使综合效益达到最优状态,从而提高了半导体制冷箱的制冷性能.     

基于热电原理的太阳能制冷箱的设计

为了提高太阳能的利用率,设计了一种基于太阳能的设计方案,通过利用太阳能板,吸收太阳能转变成电能,再利用热电原理实现制冷箱的制冷医用需求,详细阐述基于太阳能的热电制冷方案、设计原理、设计方案,对制冷箱中所选取的半导体材料和制冷端的换热方式进行了深入的研究,最后对太阳能制冷箱的制冷性能进行了详细分析．     

半导体制冷技术及其发展

半导体制冷主要是帕尔帖效应（Peltier effect）在制冷方面的应用。文章介绍了半导体制冷的原理、优点和不足。半导体制冷器由热电堆和导线组成,无任何机械运动部件,噪音低,无磨损,寿命长 具有高度的可靠性和良好的可维修性 不用制冷剂,对环境没有污染,绿色环保 不足是用于制冷时效率较低,损耗大。半导体制冷在工业、医疗卫生、军事等很多方面得到了广泛的应用。此外在电子设备的方面,半导体制冷也有着广泛的应用。     

半导体制冷器件的开发利用

半导体制冷又称“热电制冷”、“温差电制冷”,是一种采用半导体制冷元件,利用热电制冷效应的特殊制冷方式.因为其没有运动部件,也没有磨损、震动和噪声,工作可靠且不受重力影响,向小型化发展不受限制,改变电流方向可以从制冷转换到加热工况,因此,可用于电器和仪表的微型冷却或恒温装置,特别适宜于要求消除振动和噪声的工作环境,不能使用常规制冷系统的高压和水下环境,以及失重或移动的环境.尽管半导体制冷的效率较低,它已在实验技术、医疗技术、宇航、海洋和国防工程等领域得到了广泛的应用,已能达到140K低温和产生35.2KW空调制冷量,并在微型制冷装置中处于不可缺少的地位.最近,由于环境保护问题越来越受到人们的重视,半导体制冷由于不使用制冷剂,将作为取代传统的制冷剂——氟里昂的一种新型材料,其产品在民用领域的应用日显重要性.     

密闭空间串联式两级热电制冷器瞬态特性分析

综合考虑包括汤姆孙效应在内的热电材料内部效应,建立工作在绝热表面空间内和非绝热表面空间内的串联式两级热电制冷器计算模型,通过分析冷热端温度、级间温差等参数的瞬态变化对两级热电制冷器性能的影响,得到了制冷空间温度、制冷量、制冷系数等性能参数随时间的变化规律. 分别改变输入电流、热电偶数量和热电偶分配比,对比分析了2种模型的最低制冷温度、降至稳定温度耗时、制冷量和制冷系数的变化规律. 结果表明,与相同条件的单级热电制冷器相比,两级热电制冷器降温所需时间较长但可达到更低的制冷温度;适当增大电流可以有效减少制冷耗时,且存在最佳电流、最佳热电偶数量和最佳热电偶分配比,分别使制冷空间温度最低,制冷器制冷系数最大.     

冷中子源逆布雷顿循环氦制冷机性能分析和优化

运用能量守恒和(火用)分析方法,对冷中子源氦制冷逆布雷顿循环过程进行热力分析和(火用)分析.找出了系统(火用)效率和各部件(火用)损失随着压缩机压比、膨胀机等熵效率、跑冷量、换热器冷热流体平均温差变化的规律,并提出减小循环跑冷量、换热器内冷热流体温差,以及提高压缩机压比、膨胀机等熵效率、物料分配均匀度以提高循环性能和系统(火用)效率的措施.基于换热器内部冷热流体温差分布对循环性能影响的分析,设计了膨胀机预冷循环方案,该方案的(火用)效率相对于基本循环提高了24 %.     

温差发电演示仪的制作

温差发电现象最早是在金属中发现的,由于两种金属接触的温差电现象特别微弱,在很长一段时间内没有得到发展.用半导体制冷片来制作热电转换实验仪,可直观地演示半导体的热电效应,并在实验教学中应用.     

Research of refrigeration system for a new type of constant temperature hydraulic tank

Different from the traditional hydraulic oil cooling method,a new type of constant temperature oil tank cooling system based on semiconductor refrigeration technology is designed. This paper studies the principle of semiconductor refrigeration and establishes a heat transfer model. Semiconductor cooler on piping refrigeration is simulated,and influence of the parameters on the outlet temperature,such as pipe pressure difference of inlet and outlet,pipe length,pipe radius,are gotten,and then hydraulic tank semiconductor refrigeration system is proposed. The semiconductor refrigeration system can control temperature at 37 ± 1°C.     

基于ANSYS Workbench软件的半导体制冷器性能模拟研究

利用ANSYS Workbench数值模拟软件研究了输入电压、热端温度、半导体单元属性、半导体电偶臂及级间绝缘材料属性等因素对二级半导体制冷器冷端温度、冷端冷量及制冷系数等性能的影响.研究表明:在一定范围内,保持半导体制冷器热端温度不变,冷端温度随着输入电压的增大而递减;保持输入电压不变,冷端温度随着热端温度的升高而递增;保持输入电压和热端温度不变,冷端冷量随着冷端温度的升高而递增;在冷端温度、热端温度一定时,制冷系数ε随着输入电压的增大而迅速减小;半导体单元高度的增加和单元间距的减小都可以使冷端达到更低温度;随着半导体电偶臂及级间绝缘材料属性即热导率、高度的增加,冷端温度均呈递增趋势.模拟结果与实验数据对比显示,两者具有较好的吻合性.     

药品配送冷藏箱制冷技术现状及关键技术

医药行业是关系到国计民生的行业.药品能够顺利发挥治病救人的作用,除了药品自身性能优异之外,良好的储藏输运环境也十分重要.药品在配送过程中需要处于适宜的温湿度环境中,以确保其活性.对此,需要配备专业设计的药品配送储藏箱完成药物的冷链配送.介绍并对比了冷藏箱三种主要的制冷方式:半导体制冷、相变蓄冷和蒸汽压缩式制冷,认为半导体制冷相较于其他两种方式,温度调控更精确,无需制冷剂则无污染,制作工艺相对成熟,是较好的制冷手段.同时结合近年来中外文献,介绍了药品配送冷藏箱的发展状况,从能源供给、外界环境、内部气流和除湿除霜四个方面归纳冷藏箱设计要点,并提出了药品配送冷藏箱的发展方向.     

基于半导体制冷的动力锂电池包散热优化

为提升动力锂电池包的散热性能和能量密度,基于半导体制冷方案,提出一种多目标优化设计方法,对动力锂电池包的排布间距和半导体制冷量进行优化设计。基于建立的半导体制冷方案的热分析模型,采用拉丁超立方试验及径向基函数(radial basis function, RBF)、响应面法(response surface methodology, RSM)、Kriging代理模型方法建立最高温度、最大温差及间距体积的近似模型。以最大温差和间距体积为目标,最高温度为约束建立电池包散热优化模型,运用多目标遗传算法(multi-objective genetic algorithm, MOGA)进行寻优求解,并通过实验验证优化方案仿真结果的可靠性。优化后仿真结果表明：电池模组间距体积减小了32.42%,最大温差降低了13.64%,最高温度降低了0.53%,该方法显著地提升了电池包的散热性能和能量密度。     

乙烯深冷分离工艺中LNG冷能利用的可行性

充分利用液化天然气（LNG）携带的冷量,不仅可降低下游天然气供气成本,还可减少LNG汽化带来的环境污染;传统乙烯深冷分离工艺需压缩制冷系统提供不同温位的冷量分离裂解气,消耗大量压缩功耗.将LNG冷量用于30万吨/年乙烯装置的深冷分离工艺,取代部分压缩制冷负荷的集成利用研究结果表明:LNG冷量在乙烯分离工艺中的利用率达76.5％,可替代原工艺中的冷量负荷约22472 kW,节省丙烯、乙烯、甲烷冷剂三机压缩制冷的功耗约11968 kW,大大降低乙烯装置的能耗成本.但LNG冷量仅与乙烯分离工艺集成,传热过程火用效率较低,建议将LNG冷量集成利用于两种或以上冷量利用工艺中,从而减少利用过程的冷火用损失,提高LNG冷量的利用效率.     

吸收式制冷应用于冷热电三联产系统的能耗特性分析

对三联产系统的能源效率评价进行了探讨，建立了联产与分产的一次能耗比较模型；通过计算，分析了联产的一次能耗的节能条件和节能率的特点．分析表明，利用吸收式制冷系统发展三联产具有很大的节能潜力，用于较低制冷温度的三联产系统，其节能优势更加明显。     

吸附式制冷循环热力学及性能

从纯热力学角度对基本两床连续循环、绝热回质循环、等温回质循环这3种吸附式制冷循环的热力学过程进行分析,并采用C 语言进行编程模拟计算,探讨蒸发温度、冷凝温度及热源温度对解吸温度、吸附温度、循环吸附率、性能系数、周期制冷量等的影响。研究结果表明:随着蒸发温度及冷凝温度的提高,回质循环(包括绝热回质和等温回质)与基本两床连续循环之间的性能差距逐渐减小,随着热源温度的升高,回质过程对提高系统性能系数的作用削弱;综合3种循环方式的计算结果,等温回质循环方式能够更好地符合燃料电池汽车余热驱动的吸附式制冷系统。     

热电制冷装置在船用空调系统中的应用

人工高效多晶体半导体的出现以及获得高优值系数半导体技术的进步，促进了热电制冷的广泛应用，其中包括在船舶上的应用。介绍了热电式制冷元件的热电特性，制冷原理和热电多制冷机在船用空调系统中的应用及其发展前景。