2007年第1期低温工程No12007总第155期CRYOGENICSSumNo155半导体制冷器优化设计工作状态的实验研究齐臣杰卞之刘杰(海南师范大学物理系海口571158)摘要:模拟小空间制冷环境,在实验确定半导体制冷器最大制冷系数状态和最大制冷量状态工作参数基础上,综合分析计算给出了等功率状态和最佳工作状态参数,弥补传统设计理论的不足,为半导体制冷器优化设计提供依据。关键词:半导体制冷制冷器设计制冷器工作状态中图分类号:TB619.2文献标识码:A文章编号:10006516(2007)01004304ExperimentalstudyandtheoryanalysisofsemiconductorrefrigeratoroptimizationdesignworkingstatusQiChenjieBianZhiLiuJie(PhysicsDepartmentofHainanNormalUniversity,HaiKou571158,China)Abstrac:tAftersimulatingminirefrigeratedcondition,onthebaseofconfirmingtheparameterofworkstateofthemaximumrefrigeratingmodulusandquantuminexperimen,tthearticlefiguresputoutthecomprehensivelyequivalentpowerstateandtheparameterofthebestworkstate,Itishopedthattheycanmakeupadeficiencyoftraditionaldesigntheorysoastooptimizethedesignofsemiconductorrefrigeratingmachinery.Keywords:semiconductorrefrigeration;refrigeratingdesign;refrigeratingmachineryworkstate为15.4V,最大制冷功率为51.4W,最大温差为671引言。优值系数Z为2.3608103K-1,外形尺寸为按传统设计理论,半导体制冷器有两种状态,即40.0mm40.0mm3.8mm系统共采用4热电堆,最大制冷系数状态和最大制冷量状态。一般情况,这沿中心线均布,每两片间距30mm,制冷空间采用密两种工作状态并不统一[1]。本研究将通过小空间模闭性良好的塑料泡沫箱,箱内尺寸为40.0mm40.拟实验来讨论如何兼顾两者,使其既有较好的经济效0mm0.23mm。给热电堆供电电源为YJ63型直流益又有较大的制冷能力的问题,为半导体制冷器优化稳压稳流电源和1个12V、1个24V的直流开关电设计提供技术支持和理论依据。源,实验系统组成如图1所示,图2为系统截面图。实验中热电堆表面涂有导热硅脂以减少接触热2实验及测量系统阻,热电堆端面空隙填充绝热性能良好的绝热胶,冷实验采用的半导体制冷组件(热电堆)型号是热空间以隔热板隔开尽量减少冷热翅片间的传热,散TEC112706,最大温差电流为6.0A,最大温差电压热分别采取水冷、空气自然对流冷却、风扇强制对流收稿日期:20061106;修订日期:20061226作者简介:齐臣杰,男,48岁,博士,教授。44低温工程2007年公式[2]如下:12Q=ITC-IR-KT(1)2W=IT+I2R(2)=Q/W(3)P=W+Q(4)式中:Q为制冷量;W为消耗功率;为制冷系数;为温差电动势率;TC为冷端温度;TH为热端温度;T=TH-TC为温差;R为元件内阻;K为材料导图1实验系统外观图热系数;I为电流强度;P为热端发热量。Fig.1Experimentalsystemoutwardappearancechart实验所用TEC112706型热电堆的性能参数:电偶对数n=127对,温差电动势率=127(p+n)=1272210-4V/K=0.0508V/K;热电堆电阻R=2.22;材料导热系数K=nr=n(p+n)A/L=0.5808W/K;材料优值系数Z=2.360810-3K-1。3.2实验结果及分析物理量Q、W、都是电流I与温差T的函数,在某一给定温差T条件下,Q、W、仅是电流I的函数。通过实验测定某一电流值对应的制冷装置冷热图2实验系统截面图端温度