半导体制冷保温容器制冷性能的实验研究

    半导体制冷又称热电制冷,是一种直接利用电-热转换达到制冷目的的固体制冷技术.半导体制冷装置没有运动部件,具有体积小、重量轻、无噪声、无振动等优点.另外,它的使用寿命长,具有精密的温度控制能力,冷、热面可随电流方向的改变而改变,多级串连温差可达110e,因此,被广泛用于军事、航空、科研、仪器仪表、医疗卫生等领域[1].虽然半导体制冷系数COP较低(一般小于1),不能与压缩式制冷装置(一般小于3)相比[2],但是适合密闭小空间、小容量情况下的应用,因此,在现代的制冷技术中占有独特的地位.据此,笔者设计了一种主要用于保存血液的小型半导体制冷保温容器(简称制冷器),并通过理论与实验研究对其制冷性能进行综合评价与分析.

    1 实验研究

    1.1 设计参数和结构尺寸

    内部尺寸: 120 mm×60 mm×200 mm,容积1.44 L;

    外部尺寸: 180 mm×120 mm×265 mm,体积5.724×10^-3m³;

    壁厚:四周壁厚30 mm,底部壁厚30 mm,顶部壁厚35 mm;

    质量: 4.16 kg;

    运行环境:外界温度20℃~30℃、相对湿度30%~60%;

    工作电压: 10~13 V直流电.

    血液的保存温度是2e~6e[3],而本制冷器主要用于保存新鲜血液,因此,设计要求箱内温度tb为2℃~6℃.

    1.2 仪器及装置

    1.2.1 半导体制冷片组件的选择

    选择杭州大和热磁电子有限公司生产的单级半导体制冷片一片,型号为9500/127/085AS,其最大电流值为8.5 A,最大吸热量80 W,最大额定电压17.5 V,最大温度差72℃,是由127对热电偶组成的,封胶,陶瓷面.该半导体制冷片体积为39.7 mm×39.7 mm×3.94 mm.

    1.2.2 换热器

    热端采用强制对流换热.热端换热器由铝制翅片式散热器和微型轴流风扇组成,铝制翅片散热器外形尺寸为150 mm×125 mm×28 mm,单个翅片外形尺寸为150 mm×1.5 mm×24 mm,共27片.冷端采用直接冷却,冷端换热器即为冷板.

    1.3 实验方法

    实验在DHP060型恒温培养箱中进行,箱内空气自然对流,与实用环境相同.半导体制冷片和微型轴流风扇采用YJ69/5型直流稳压稳流电源供电,在制冷器内部冷面正中心布置一个温度测点,测得温度为t1;制冷器内部空间正中心布置一个温度测点,测得温度为t2;制冷器内部冷面对面冷板正中心布置一个温度测点,测得温度为t3;铝制翅片式散热器正中心布置温度测点,测得温度为t4;铝制散热器侧边正中心布置温度测点,测得温度为t5.图1为箱体设计示意图.在不同条件下分别进行实验,并对实验结果进行分析和讨论[4].