适用于车厢快速制冷优化循环系统

摘 要

本文研究的半导体空调器（thermoelectric cooler）的主要结构是带构架的外壳，它由五部分组成：顶部通风腔，并作通风机的支架用；底部通风腔，并作通风机的支架用，凝水也再次收集；两个侧向片及一个中央撑件；前后盖板等。半导体空调器有两个空气循环系统：热电堆 热端散热通风系统和冷端冷却空气后的室内循环系统。具体就是，从空调器出来的空气进入车厢顶部的风道中，其中一部分直接进入人员室，另一部分直接进入电子设备中。最后两部分空气由车厢底部的回流管汇总，再回流到空调器中循环。为了与空调器的工作相配合，所构想的电气系统有下列四种作用：变换电源、温度控制、高低温保护和过电流保护。

【关键词】半导体 制冷器结构 散热 空气循环系统 电气系统

an、ap分别为n型电偶臂的温差电动势，T为相应接头上的绝对温度。ap是正值，an是负值。

1.2 关于半导体制冷器的制冷原理与热端散热

1.2.1 半导体材料的制冷原理

半导体采莲内部结构的特点，决定了它产生的温差电现象比其他金属要显著得多。P型半导体材料和N型半导体材料连接成的热电对，通以直流电后制取冷量。

1.2.2 半导体制冷器的散热方式

（1）空气自然对流散热。采用空气自然对散热的换热系统，它需要一定形式的散热片作为热交换器。散热器利用空气的自然对流把热量散到环境中，达到制冷的目的。

（2）强迫通风散热。强迫通风的散热器计算必须经过许多附加条件，如散热片的结构尺寸、空气流速、表面粗糙度和黑度等，计算过程也比较复杂。

（3）环流散热。这种方法实际上是空气自然对流散热与水冷散热相结合，或者强迫通风散热与水冷散热相结合。由于环流散热系统的热工计算比较繁琐，所以通常都用试验方法确定散热器的换热面积。

2 关于车厢半导体制冷空调循环系统

2.1 半导体制冷空调的构成

半导体制冷空调器是一种热端用空气冷却的空调器冷端冷却后的空气，经过导管进入人员室和电子室降温，造成一个适宜的人工气候。该空调器有下列两个基本部分组成：一个装有通风机的外壳及热电堆。外壳用来支撑通风机、电源控制器及热电堆等部件，并形成冷热空气的通道。外壳是四周覆有铝板的箱子，顶部和底部设有通风腔室，内部各装四台通风机，分别使空气流过热电堆的冷热端。

每一个热电堆是一个单独的不带通风机的空调器，热电堆中间是制冷元件，两边冷热端热交换器。热交换器封闭在塑料壳内，与热电堆形成一体。热端风道与冷端风道入口分别位于热电堆两端，而它们的出口分别位于热电堆侧向的相对两面，风道的入口与通风机腔室的出口相对应。电气部分安装在空调器中间的槽铁上。空调器采用紧凑式通风机供热端散热用，热风排出车外。另外的通风机供冷端吸热用，风冷风在车厢内循环。

冷端通风机通过外壳前盖板下部的滤网吸入，经风机叶轮增压后由通风腔室分配给热电堆的冷端风道，经吸热片降温后从前盖板上部排出。循环风量可以有通风机入口处的风门控制。空气冷却时有凝水产生，积聚在底部后通过谢玄旋塞放出。

2.2 半导体制冷空调的空气循环系统

半导体空调器有两个空气循环系统：热电堆热端散热通风系统和冷端冷却空气后的室内循环系统。

热端空气散热系统用4台通风机强迫通风，风机由直流电（与热电堆用同一电源）驱动，功率为265W，400r/min，风压35mm水柱，风量19.8m^3/min。空气经过热端散热片时吸热而温度升高，然后排至车厢外。

冷端空气冷却系统采用4台通风机，形成闭式强制循环通风系统。风机用128V交流电驱动，每台功率为80W，风压10mm水柱，也是轴流式通风机，370r/min。冷却后的空气在室内循环，使室内保持所需的恒温。

具体就是，从空调器出来的空气进入车厢顶部的风道中，其中一部分直接进入人员室，另一部分直接进入电子设备中。最后两部分空气由车厢底部的回流管汇总，再回流到空调器中循环。

2.3 半导体制冷空调的电气系统

为了与空调器的工作相配合，所示电气系統必须起下列三种作用：变换电源、温度控制和过电流保护。

2.3.1 电源选择

本系统使用的是三相全波整流电源，输入60Hz120V交流电，供热电堆及直流电动通风机使用。

2.3.2 温度控制

当温度变化超过2℃时，恒温控制器的触点启动一个继电器，用以控制一组整流元件。温度过低时使整流元件不工作，热电堆停止制冷（或开始采暖），而温度过高时，则热电堆开始制冷（或停止采暖），利用间隙工作来控制空调温度。

2.3.3 保护电路

（1）连个微型温度继电器分别黏在一个热电堆的冷热端热交换器上，一个的定值温度为7℃，另一个为52℃，低温温度继电器的用途是当温度低于7℃时，立即中止系统中的供电而防止热交换器上结冰，高温温度继电器用途是防止热端通风机故障而造成热电堆的过热。

（2）安装在交流电路中，作为工作电流超过85A时的短路保护器。

3 结论

此半导体制冷装置的优点在于：不使用制冷剂，没有运动部件，容量尺寸宜于小型化，使用直流电工作。由于不使用制冷剂，消除了制冷剂泄漏将对人体造成的毒害。在这些场合，采用半导体制冷是十分合适的。例如用在相对密闭的车厢中。由于没有运动部件，在热电制冷器运作时，无噪声、无振动、无磨损。因此工作可靠，维护方便，使用寿命长。

参考文献

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作者简介

曾顾婷（1995-），女，上海市人。大学本科学历。职称：上海市科研项目，研究方向为电气类。

作者单位

上海市浦东新区电机学院 上海市 201805