太阳能半导体制冷箱的设计及实验分析
本文设计了一款适合放在旅游景区的集成式太阳能半导体制冷箱,游客们可应用该制冷箱自助冰镇饮品和食物。该制冷箱中半导体制冷技术的应用使其具有尺寸小,噪音低,无污染,无制冷剂,无机械磨损等优点。
1. 工作原理
半导体制冷的原理主要源于帕尔贴效应(Peltier Effect),当直流电通过由 N、P 型半导体材料组成的一对热电偶时,因直流电通入的方向不同,将在电偶结点处各自发生吸热和放热现象。直流电流通方向为 N→P 的一端会出现吸热现象,即是冷端;直流电流通方向为 P→N 的一端会出现放热现象,即是热端。如果将若干个热电偶对在电路上串联起来,就构成了一个常见的热电制冷电堆。
2. 装置的搭建
该制冷箱主要包含两个子系统:制冷系统、太阳能光伏系统。制冷系统应用半导体制冷原理制冷,其元件主要包括散热风扇、散热片、半导体制冷片、导冷块、导线等。当半导体制冷片和风扇通入直流电后,半导体制冷片上端与散热片接触处会产生热量,此处为热端;与之对比,半导体制冷片下端与导冷块接触处是冷端。导冷块是冷端的延伸,经正常运转,导冷块周围的环境温度降低,制冷效果明显。
3. 实验结果分析
实验员主要做了两方面的实验。第一项实验是对三种不同制冷片独立运行时制冷效率的测试,第二项实验是在三种制冷片均正常运行时,对制冷箱内部制冷效果的检验。在第一项实验中,实验员测量的是在①号、②号、③号半导体制冷系统元件分别单独工作时其导冷块附近空气的干球温度。实验起始时的温度均在 21.2℃,在对制冷元件通电后,实验员每 30 秒记录一次干球温度的数值,待 10 分钟后(即记录 20 次实验数据后)实验员切断制冷元件的通电。
图 4 制冷箱箱体图
图 5 TEC1- 12706 半导体制冷片的制冷效率图
图 6 TEC1- 12708 半导体制冷片的制冷效率
实验数据显示:当三种半导体制冷片单独工作时,TEC1- 12710 半导体制冷片降温最快,制冷温度最低,制冷效果最好。
该集成式太阳能半导体制冷箱具有安全、绿色、无噪音、无污染、运行可靠等诸多优点,并且实验结果显示该制冷箱的制冷效果良好,正常工况下运行十分钟后箱内温度可降低 12.9℃,基本满足偏远景区游客对饮品和食物制冷降温的需求。
关键词:太阳能;半导体制冷;偏远景区;制冷箱