制冷片使用手册

先前的评论热电制冷已经被发现150多年了。1834年，法国科学家珀尔帖发现了一种效应。当电流作用于由两种不同导体组成的电路时，一个接头吸收热量，另一个接头释放热量。这就是所谓的珀尔帖效应。1911年，德国人阿尔滕基奇通过实验证明了这种效应可以用于制冷，提出了热电制冷理论，并得到了热电制冷器基本参数的热力学公式。20世纪50年代，由于半导体材料制造技术的突破，热电冷却技术取得了飞速发展。热电制冷组件是一种利用珀耳帖效应工作的热泵，可用于制冷或制热。它是一种无旋转部件的固态器件，使用寿命长，工作时无噪音，不释放有害物质(如氟氯烃)，可任意角度安装和操作，调节电压或电流时能精确控制温度。由于它的一系列优点，它已被广泛应用于国防、工业、农业和科学研究领域。目前，热电制冷器在中(制冷功率在100瓦 500瓦范围内)和小(制冷功率小于100瓦)功率中的应用占了很大一部分。在一些低功率的情况下，它已经是并将仍然是唯一可用的冷却方法。广泛应用于激光二极管、CCD器件和红外探测器冷却等低功耗应用领域。在中等功率应用领域，热电制冷也有相当大的市场，如气体去湿器、气体或液体冷却器等。近年来，中小功率热电冷却器的应用以每年20%以上的速度增长。大功率(冷却功率大于500瓦)热电冷却器，包括电子仪器空调舱、电脑空调等。在权衡了空间尺寸、重量、可靠性、操作方式等要求后，在军事领域颇具竞争力。1工作原理、结构和制造工艺当两个不同的导体在一个回路中通电时，一个接头吸收热量，另一个接头释放热量。接头的吸热或放热取决于电流的方向。如果在放热接头处保持一定的温度，另一个接头开始冷却，直到从周围介质传递到接头的热量和沿着热电偶臂传递的热量之和等于吸收的珀尔帖热量。在热平衡条件下，冷缝的热平衡方程为：Qc=aTcI-0.5IR-K(Th-Tc)方程中的第一项是帕尔帖热，称为材料的塞贝克系数。事实上，塞贝克系数和冷表面温度的乘积是冷接头处材料对的珀耳帖系数。方程中的第二项是焦耳热的一半。我们假设热电偶产生的一半焦耳热在通电过程中被转移到冷结。方程中的第三项是从热接点传递到冷接点的热量，这是由傅立叶热传导定律决定的。当谈到热电材料和热电元件时，最佳值的概念(一些文献使用质量因子的术语)经常被提及来表达热电材料和元件的热电性能。热电材料的最佳值与其塞贝克系数、电导率和热导率有关，定义如下：z=a/k在该公式中，最佳值z的单位是1/K，塞贝克系数a的单位是V/K，电导率的单位是S/cm，热导率K的单位是w/(cmk)。传统的单级热电制冷组件由几对串联的热电对组成。热电元件具有矩形横截面。在流行的结构中，铜导流片与P型和N型元件连接，高纯度氧化铝(或氧化铍)陶瓷片与冷侧和热侧的外部耦合。在多级热电制冷组件中，传统的结构模式是将上一级的热表面作为下一级的冷表面，这样叠置的多级组件通常呈金字塔形。通常，各级热电偶串联供电。为了制造热电冷却元件，必须首先准备热电冷却材料。常用的热电材料是定向多晶将制备好的热电制冷材料多晶锭的头尾去掉后，用切片机根据热电元件的高度将多晶锭切片，然后用切片机将多晶锭切成所需尺寸的元件。最后，通过使用模具将热电元件焊接到具有以一定形式布置的导流板的陶瓷板上，以形成热电制冷组件。目前，商用热电制冷元件大多采用熔点为138的焊料焊接，长期工作温度为80，短期工作温度为100。近年来，一种由熔点较高的焊料制成的最高连续工作温度为150的高温热电冷却模块已经研制成功。2热电制冷的优势小型化：一般来说，热电冷却器的外形尺寸和体积比机械制冷系统小得多，而且重量相对较轻。热电制冷组件的各种标准和特殊尺寸和结构可供选择，并适合各种应用的需要。b)具有制冷和制热两种功能：改变DC电源的极性，同一台冰箱可以实现制热和制冷两种功能。c)精确的温度控制：温度控制可以通过使用适当的闭环温度控制电路来实现。热电制冷器的温度控制精度可优于0.1。d)高可靠性：热电冷却模块是一个固体器件，没有运动部件，因此故障率低。典型的热电冰箱的寿命超过200，000小时。e)运行期间的静音：与机械制冷系统不同，热电冷却器在运行期间不会产生噪音。f)可以使用常规电源：热电冷却器不需要高电源。可使用通用DC电源，工作电压和电流可在大范围内调节。g)可实现点冷却：仅可冷却特定部件或特定区域，无需冷却整个包装和整个包装。h)具有发电能力：如果在热电冷却模块的两侧建立温差，则可以产生直流电。热电冷却组件可用于制造低功率发电装置。一)绿色设备：热电冷却器不会释放氟氯烃或其他有害化学品，也不会对环境造成危害。热电制冷器是一种绿色无污染的半导体器件。3性能参数和曲线反映热电制冷元件热电性能的主要参数是最大热电电流、最大温差、最大近似冷却功率和最大热电电压。最大温差电流(Imax)是指热端温度为27，冷端无热负荷，热电制冷组件能达到最大温差时的工作电流，单位为A最大温差(max)指热端温度为27，冷端无热负荷，热电制冷模块在最大温差电流Imax下工作时，热电制冷模块能达到最大温差，单位。最大近似冷却功率(Qcmax)指的是热电冷却模块在27的温度下在冷侧吸收的最大热负荷，此时热电冷却模块以最大热电电流Imax工作。最大温差电压(Vmax)是指最大温差电流Imax在热端温度为27，冷端无热负荷，单位为伏特时，热电制冷模块的电压有时，性能系数的概念也被使用。热电冷却部件的性能系数被定义为冷却功率(冷却操作)或加热功率(加热操作)与输入功率的比率。一般来说，热电冷却部件在热运行时的性能系数大于1。4分类和命名方法热电制冷组件可分为单级热电制冷组件和多级热电制冷组件。单级热电冷却模块是指只有一个热侧和一个冷侧的单层热电冷却模块中国已经在中国电子科技集团公司颁布的部颁标准(SJ2856-88)中公布了热电制冷元件的命名。热电制冷模块模型由六部分组成。第一部分代表热电冷却组件，用TE表示；第二部分指出了结构范畴。常用的陶瓷热电冷却元件用C表示，小型陶瓷热电冷却元件(热电元件的横截面小于或等于1毫米，这种热电冷却元件通常称为微型热电冷却元件)用S表示；第三部分代表一系列，例如，1代表第一级，3代表第三级；第四部分表示模块中热电偶的总对数，由三个阿拉伯数字表示。第五部分用两位数表示热电冷却组件的最大温差电流值。对于C型热电冷却组件，取最大温差电流的整数值。对于S型热电冷却组件，组件最大温差电流的10个部分为模型值。第六部分显示了热电冷却模块的外表面的状态。例如，单侧金属化部件用T表示，双侧金属化部件用TT表示，而非金属化部件没有表示。例如，TEC1-12705TT型冷却模块是一个陶瓷单级冷却模块，由127对热电偶组成，最大温差电流为5A，在其热侧和冷侧的外侧都有金属化层。5产品目录5.1产品目录标准单级热电冷却组件、微型单级热电冷却组件和多级热电冷却组件的性能参数见附录1。5.2结构形式热电冷却组件有四种结构类型。第一种结构类型是传统的单级热电模块。第四种结构类型是传统的多级热电冷却组件。目前，第二结构型单级热电冷却组件包括TES1-01810、TES1-01815、TEC1-12704、TEC1-12706、TEC1-12708热电冷却组件，第三结构型单级热电冷却组件包括TES1-03920SP热电冷却组件。6安装方法6.1螺栓紧固方法1)安装面应打磨或抛光，热槽面的平整度不大于0.03毫米2)仔细清洁安装表面和部件表面，去除毛刺、污垢和油脂。3)当安装多个部件时，部件厚度的公差在0.05毫米以内4)组件的热侧和冷侧分别涂有均匀的导热硅脂薄层。5)将组件放置在热罐和待冷却物体之间。四个或六个螺栓固定热罐和待冷却的物体。注意用力要均匀，不要用力过度。6.2粘合方法1)安装面打磨或抛光，热槽面平整度大于0.03毫米2)仔细清洁安装表面和部件表面，去除毛刺、污垢和油脂。3)组件的热侧和冷侧分别涂有均匀的导热环氧树脂薄层。4)将组件放在热浴盆和冷却物体之间。5)轻轻夹紧组件，直到热油脂凝固。6.3焊接方法1)热浴的表面必须是可焊接的，即铜或涂层铝。(2)在热罐和组件表面预挂低温焊料，低温焊料的熔点至少比焊接组件焊料的熔点低20-30倍。3)仔细清洁安装表面和部件表面，清除污垢和油脂。4)在安装表面和中间表面涂抹适量的焊剂。5)在合适的温度下焊接。6)冷却后清除焊剂等残留物。请注意，焊接方法有损坏部件的风险，必须进行温度控制以避免部件过热。当最终产品必须在热循环中运行时，最好不要使用焊接方法。7使用和维护选择热电冷却元件时，必须事先知道三个应用参数，即热表面温度Th、冷表面温度Tc和冷却功率Qc(即热负载)。的热表面温度单级热电制冷组件的最大温差可达60-70.如果要求冰箱的温差超过这个范围，必须选择多级热电制冷组件。如果要使用多级制冷组件，有必要确定哪一级热电制冷组件更合适。在当前的工艺水平上，由最佳性能热电材料制成的单级和多级热电制冷部件能够实现的最大温差如表1所示。表1不同等级热电制冷元件的温差范围系列最高温差160-70280-95395-1104100-1206120-1358130-140热负荷分为主动热负荷和被动热负荷。被动负荷包括辐射热负荷、对流热负荷和传导热负荷。在设计系统之前，应根据实际应用情况估算主动热负荷和被动热负荷。使用热电冷却组件时，必须注意以下几点：1.当热电冷却组件处于冷却操作时，热表面必须散热。如有必要，可在散热器上安装热保护继电器，以防止制冷部件过热和损坏。接下来，讨论三种散热方式。(1)水冷散热：用水套(铜或铝)连接自来水管，让水带走热量。(2)强制风冷散热：采用肋状铝或铜散热器，配有轴流风机或离心风机，带走热电冷却组件热表面的热量。(3)自然风冷散热：采用比强制风冷大得多的铝或铜肋散热器从热电冷却组件的热表面带走热量。2.绝热考虑为了达到最佳的冷却效果，冰箱内的冷表面和热表面应该是隔热的。考虑体积和保温效果，保温层的最佳厚度为25 30 mm，如果保温层厚度再次增加，体积会迅速增加，但保温效果不会明显改善。热电冷却器的隔热材料可以是聚氨酯泡沫(软泡沫或硬泡沫)或聚苯乙烯泡沫和其他隔热材料。3.电源的考虑热电制冷元件必须由DC电源供电，电源的纹波系数不应超过10%。当电源的纹波系数为10%时，制冷组件的温差降低2%；当电源的纹波系数为20%时，制冷部件的温差减小5%。多级热电制冷组件和低电平信号。4.单级热电冷却组件的工作方向可以改变，以使其能够在冷却或加热状态下运行。然而，多级热电冷却组件只能在冷却状态下工作，不能随意改变电流方向。8订购说明8.1对于传统的单级热电冷却元件和多级热电冷却元件，连续运行时的最高工作温度为80，冷热表面的陶瓷片为氧化铝陶瓷片，外部无金属化层。传统单级热电制冷组件的高度公差为0.25毫米8.2如有必要，订购时应给出以下说明：1)对热表面和冷表面的外部进行金属化。2)在热表