两级串联热电制冷器的性能分析及优化设计

为了提高制冷器的制冷性能和可靠性,以满足更多应用场所的要求,需对其进行优化设计。建立了两级串联热电制冷器的三维有限元模型,考虑了材料对温度的依赖性,分析了热电臂的数量比R_N和结构尺寸高度比R_H、横截面积比R_A及中间陶瓷板厚度δ对两级热电制冷器制冷性能和热应力的影响。结果表明,数量比为2.07时,器件具有优异的制冷性能和较小的热应力。通过响应面法和遗传算法对器件的结构尺寸参数进行了多目标优化。与初始结构相比,优化后器件的制冷量提升了11.8%,制冷系数提升了10.5%,最大热应力降低了14.9%。     

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。     

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。     

第三类热边界条件下两级热电制冷器的性能评价及优化

为了获得两级热电制冷器与实际运行环境匹配的内部结构参数和系统工作电流,引入了第三类热边界条件,建立了能反映冷、热侧介质环境扰动程度的物理模型,推导得到了表征两级热电堆运行性能的关键参数表达式。然后以实现制冷量和制冷效率综合最优为目标,最终提出了不同结构工况下级间元件个数比与工作电流区间的最优分配方案,并进一步讨论分析了影响因素对制冷性能的作用趋势。该多参数耦合的性能评价方法,对于辅助实现多级热电制冷器内部组合结构的优化设计提供了理论参考。     

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.     

热电制冷的应用与优化综述

热电制冷(TEC)是以温差电现象为基础的制冷方式,是基于帕尔贴效应的固态环保型制冷技术。与其他制冷方式相比,热电制冷具有体积小、结构简单、可靠性高、制冷迅速等优点。本文通过研究国内外的相关文献,主要从热电制冷的应用及性能优化两方面综述了热电制冷近年来的研究进展和成果。对热电制冷在热电冰箱、热电空调和电子器件冷却等方面的应用及相关研究进行了归纳分析,并对热电制冷与太阳能、蒸气压缩以及蒸发冷却等复合系统应用进行了分析阐述。在热电制冷性能优化方面,总结了在材料已定时提升热电制冷的性能优化方法,包括热电制冷器结构、工作参数及热端散热等,并在工作参数优化过程中分析了近年来研究较多的脉冲电流研究进展。     

电子倍增CCD相机制冷绝热设计

对电子倍增CCD(EMCCD)相机制冷的必要性以及热电制冷器(TEC)的特点进行了说明,阐述了真空绝热的优势,分析了真空绝热失效条件,提出了真空绝热的难点及真空保持方案,分析了相机芯片发挥其性能所需的制冷温度,对制冷相机漏热途径进行了分析,计算了克服漏热所需的制冷功率,并设计了制冷绝热方案,对相机进行了稳态热分析建模,将多级热电制冷器进行了参数化转化并将其带入模型边界中,经过迭代拟合得到了相机杜瓦及芯片温度分布,分析了绝热制冷方案的可行性。     

半导体制冷器制冷参数的性能分析

本文研究了半导体制冷器冷、热端在第三类边界条件下对N-P型电臂进行传热分析和数值计算,并考虑了汤姆逊效应的影响,得出了半导体制冷器的制冷参数随散热强度和电流改变的变化规律,为实际工作状态下的半导体制冷器的优化设计提供了依据。     

余热驱动的吸收-压缩复叠制冷循环性能及经济性分析

本文提出一种新型吸收-压缩复叠制冷循环,该循环由内燃机余热驱动的高温级复合吸收-压缩制冷循环与动力驱动的低温级CO2亚临界压缩制冷循环复叠构成。对不同制冷工质对在此循环中的性能进行了对比分析;并进一步研究了关键参数对复叠制冷循环性能的影响规律;最后进行了经济性分析。结果表明：该循环的理论性能优于两级复叠制冷循环;在冷凝温度为40 ℃、蒸发温度为-35 ℃条件下,R124-DMAC/R744性能优异,COP可达2.864,是较为理想的工质对,且年总成本较低为15 150.14 美元。     

微型热电制冷器制造技术及其性能

介绍了微型热电制冷器的分类以及结构和性能特点，重点阐述了cross-Plane和In-Plane两类微型热电制冷器的制作工艺及其研究现状。微型热电制冷器的制作工艺复杂，加工难度大，实际制冷性能与理论值还有一定差距。研制高优值系数的热电材料和对结构进行优化设计是提高微型热电制冷器制冷性能的根本途径。     

水冷式半导体冰箱制冷性能的研究

研究了水冷式散热方法对半导体冰箱制冷性能的提高.以常用的半导体小冰箱为实例,分别测试了在风冷、循环水和恒温水条件下小冰箱的制冷性能.结果表明,水冷制冷效果明显优于传统风冷式,且其制冷性能与冷却水的温度有关.水温越低,半导体制冷器的制冷效率越高,制冷温度越低.当冷却水温度为171 ℃时,水冷半导体小冰箱很快达到冷冻.建立了水冷式半导体冰箱的制冷模型,计算分析了在不同恒定冷却水温度下半导体制冷器冷端温度随时间的变化关系,并将理论结果与实验测量结果进行了拟合分析,发现理论模型与实验测量结果一致.研究结果为水冷式半导体冰箱制冷性能的提高提供了实验和理论依据.     

热电制冷机换热面积最优分配

考虑实际多热电堆制冷机，在总传热面积一定的条件下，研究最优制冷率、制冷系数时传热面积的最优分配，并分析了各种参数时最优性能的影响，所得结果对实际热电制冷机性能分析与优化有一定的指导作用。     

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。     

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.     

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。     

热电制冷器辅助下环路热管运行特性的实验研究

针对一种平板型蒸发器环路热管进行了实验研究,研究了制冷器功率及加热功率对热电制冷器辅助下环路热管运行特性的影响。结果表明,实验功率范围内,在无热电制冷器辅助状态下,环路热管成功启动运行,但性能较差,热阻达到1.14℃/W;外加热电制冷器后,环路热管启动时间稍有缩短,性能改善明显,热阻最低达到0.15℃/W。加热功率恒定20 W时,随制冷器功率的增加,环路热管运行温度和热阻会呈现先减小后增大的趋势;制冷器功率恒定6 W时,随加热功率的增加,环路热管运行温度随之增大,而热阻会呈现先减小后增大的趋势。另外分析温度均匀性发现平板加热面的温度可在±2℃范围内。     

半导体热电制冷材料的研究进展

热电制冷是一种直接利用电-热转换达到制冷目的的固体制冷技术.介绍了近年来关于热电材料的实验研究和理论研究的国内外现状,以及目前材料研究存在的问题,介绍了各种材料的研究进展及热电制冷的应用状况.     

热电制冷技术进展与展望

热电制冷技术是一种通过珀耳贴效应直接利用电能实现制冷的固态制冷技术。与蒸气压缩式制冷相比,热电制冷具有尺寸任意缩放、无振动、可靠性高和控温精度高等优点。本文从热电制冷的发展简史和基本原理出发,重点介绍了热电材料、制冷机结构、功能层界面以及热端散热器等影响热电制冷机性能因素的研究进展,并根据热电制冷的优势特性介绍了热电制冷的应用,最后对热电制冷技术的研究进行了总结和展望。     

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。     

基于热电原理的过冷器在家用空调中应用的实验研究

在蒸气压缩制冷系统中,增加系统的过冷度可以提高系统的制冷量及其性能系数。本文设计了一种基于热电制冷原理来增加系统过冷度的空调系统,并在最小制冷,额定制冷和最大制冷三种工况下,对运行过冷装置前后的空调系统的性能进行实验对比。结果表明:采用设计的过冷器后,冷凝器出口的过冷度分别提高了2.3℃、1.9℃和1.5℃,系统的制冷量分别提高了3.6%、3.2%和4%,系统的性能系数分别提高了3.7%、3.1%和4.2%。在下一步的实验中可通过优化热电制冷片的运行工况,进一步提高系统的性能。