【正文】 可以采用改內(nèi)藏式冷凝器為外掛式，且選用橫豎盤管混排結(jié)構(gòu)的冷凝器，可以加強(qiáng)流體擾動(dòng)、破壞多界層；采用將冷凝器人口高溫部分在冰箱殼體外預(yù)冷凝后，進(jìn)防露管，再進(jìn)主冷凝器．以防止過多的熱量通過防露管進(jìn)入冰箱內(nèi)．1．4．2蒸發(fā)器優(yōu)化從上面中可知，降低蒸發(fā)溫度會(huì)降低制冷系數(shù)，增加蒸發(fā)器管徑和長(zhǎng)度可以提高制冷系數(shù)，但是受到整體尺寸的限制。藏愛東，茁翠平，河南紡擎l高等專辯學(xué)校(鄭州450007)。Ihderancher R. Analysis of a Domestic Refi39。項(xiàng)目研究并采用了雙路循環(huán)制冷系統(tǒng)，針對(duì)雙路循環(huán)制冷系統(tǒng)在應(yīng)用中存在的問題，改進(jìn)控制方式，完善制冷循環(huán)，應(yīng)用變溫技術(shù)，研制的BCD一188CH直冷電冰箱既滿足消費(fèi)者對(duì)冰箱溫區(qū)的多方需求，又顯著節(jié)能降耗，在最大負(fù)荷時(shí)日耗電0．38度，在變溫情況下耗電在0．35度以下，最低達(dá)0．31度。這種設(shè)計(jì)，控裂壓縮機(jī)啟停的是冷藏室溫度，而變溫室溫度的設(shè)定及變化僅控制雙穩(wěn)態(tài)電磁閥的通斷，以切換制冷劑流向，并不直接控制壓縮機(jī)的運(yùn)行，故可較好解決雙路循環(huán)系統(tǒng)存在的頻繁開、停機(jī)現(xiàn)象，既使壓縮機(jī)及其附件壽命延長(zhǎng)，又減少啟動(dòng)功率，耗電量也隨之降低。當(dāng)電冰箱啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，電磁閥l、2處于通電狀態(tài)，系統(tǒng)按照支路二形成的循環(huán)回路運(yùn)行，同時(shí)變溫室的溫度傳感器檢測(cè)變溫室的溫度。支路二：制冷劑由壓縮機(jī)、門邊除漏管、主副冷凝器、干燥過濾器、毛細(xì)管經(jīng)雙穩(wěn)態(tài)電磁閥l、冷凍室蒸發(fā)器、冷藏室蒸發(fā)器、貯液器和回氣換熱器后回到壓縮機(jī)形成循環(huán)回路。4雙路搖環(huán)制冷系統(tǒng)存在問題及解決方案4．1 雙路循環(huán)制冷系統(tǒng)存在問題對(duì)雙路循環(huán)制冷系統(tǒng)，合理的溫控方式是各間室獨(dú)立控溫，使每個(gè)間室的溫度控制在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)，但是在實(shí)際生產(chǎn)和使用中，這種雙溫雙控方式因冷凍、冷藏倆個(gè)溫控器都控制壓縮機(jī)，有時(shí)一個(gè)溫控器剛關(guān)機(jī)，另一個(gè)又馬上要求開機(jī)，因制冷系統(tǒng)未平衡造成壓縮機(jī)啟動(dòng)功率增大，啟動(dòng)困難以及熱保護(hù)器動(dòng)作等，影響壓縮機(jī)及其附件的使用壽命，頻繁開、停機(jī)，耗電量也因此增加。多路循環(huán)勻雙機(jī)和雙級(jí)制冷循環(huán)雖然可使各室溫度得到準(zhǔn)確控制，節(jié)能效果明顯，但是，設(shè)備增加，制冷系統(tǒng)復(fù)雜，成本增大，市場(chǎng)占有率不大。雙機(jī)制冷循環(huán)系統(tǒng)雖然節(jié)能顯著，但冰箱的制冷系統(tǒng)復(fù)雜，成本增加，且會(huì)使壓縮機(jī)容積效率變小，對(duì)歐美等國家普遍使用約500L以上冰箱才是經(jīng)濟(jì)合理的，對(duì)我國廣泛使用的200L左右冰箱并不合理。圖5所示制冷循環(huán)雖然比簡(jiǎn)單循環(huán)性能系數(shù)高，容積制冷量大，但其主要解決因冷藏室傳熱溫差太大而造成可觀的可用能損失問題，即火用損失。冬天，經(jīng)常需要打開溫度補(bǔ)償開關(guān)，以幫助壓縮機(jī)啟動(dòng)，也造成電能的浪費(fèi)。2．5雙級(jí)制冷循環(huán)系統(tǒng)：為降低電冰箱能耗，已有多種雙級(jí)制冷系統(tǒng)冰箱問世，這些冰箱高、低壓級(jí)的兩個(gè)壓縮機(jī)均工作于較低的壓力比之下，大大減小了耗功率，其壓焓圖如圖9所示。該系統(tǒng)可將制冷劑按需供給冷藏室、冷凍室以及生物保鮮室內(nèi)的三個(gè)獨(dú)立蒸發(fā)器，從而實(shí)現(xiàn)三個(gè)間室內(nèi)溫度的精確控制。顯然，CJM循環(huán)無論采用純工質(zhì)或非共沸混合工質(zhì)時(shí)，都會(huì)有節(jié)能效果。與簡(jiǎn)單循環(huán)情況下的壓縮機(jī)氣體進(jìn)口狀態(tài)7相比，狀態(tài)1的壓力高，比容小，因而壓縮機(jī)的耗功減少，排汽量增加；同時(shí)，混合制冷循環(huán)的節(jié)流損失減小，單位質(zhì)量制冷量增大，因而混合制冷循環(huán)的性能系數(shù)和容稅制冷量都將顯著提高。冷藏蒸發(fā)器和冷凍蒸發(fā)器分別受兩室的溫度控制，倆室的制冷是輪流進(jìn)行，當(dāng)冷藏窒要求制冷時(shí)，三通電磁閥會(huì)接通冷藏室蒸發(fā)器，使制冷系統(tǒng)只對(duì)冷藏室制冷，當(dāng)溫度達(dá)到要求后，會(huì)自動(dòng)停止冷藏室制冷；當(dāng)冷凍室要求制冷時(shí)，三通電磁閥會(huì)接通冷凍室蒸發(fā)器，制冷系筑只對(duì)冷凍室制冷。影響機(jī)組的COP的因素有以下幾點(diǎn)：a、壓縮機(jī)的性能系數(shù)b、熱泵機(jī)組的系統(tǒng)匹配性：（所謂系統(tǒng)匹配是指：壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流機(jī)構(gòu)和自控系統(tǒng)的匹配性能。其計(jì)算公式為 ：εs=Q0/Ne=Q0/N0提高了系統(tǒng)的COP值。一般冷藏室溫度靠機(jī)械溫控調(diào)節(jié)，而冷凍室溫度則據(jù)系統(tǒng)的匹配隨冷藏室溫控器的檔位及環(huán)境溫度變化而變化，無法單獨(dú)受控。近10年來，我國電冰箱產(chǎn)量呈迅猛增長(zhǎng)之勢(shì)，年均增長(zhǎng)l 1．1％，其耗電量占民用總用電量的比例越來越大。冷藏室溫度控制壓縮機(jī)啟停，變溫室溫度僅控制雙穩(wěn)態(tài)電磁閥通斷，實(shí)現(xiàn)切換制冷劑流向目的。方案除半導(dǎo)體制冷器的固有優(yōu)點(diǎn)外還具有如下顯著特點(diǎn)：(1)控制簡(jiǎn)單、成本低；(2)防止CPU芯片結(jié)露效果好；(3)功率開關(guān)管熱損耗小；(4)冷卻效果明顯。元件選用方面，驅(qū)動(dòng)器的功率開關(guān)選用MOSFET管，它交替工作在截至和飽和區(qū)，熱損耗較小。t與PWM輸出Pw對(duì)應(yīng)曲線如圖5。由P調(diào)節(jié)器、脈寬調(diào)制器(pulse width modulating PWM)、選通門、驅(qū)動(dòng)器、半導(dǎo)體制冷器、露點(diǎn)傳感器、溫度傳感器等組成溫度負(fù)反饋閉環(huán)溫控系統(tǒng)，系統(tǒng)的控制框圖如圖4所示。電壓比較器由運(yùn)算放大器A1構(gòu)成，型號(hào)為L(zhǎng)M358。過濾罩由不銹鋼粉末燒結(jié)而成，具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、屏蔽干擾光、過濾效果好的優(yōu)點(diǎn)，確保反射鏡面不會(huì)因灰塵遮蓋而發(fā)生誤報(bào)。 圖2 露點(diǎn)傳感器原理示意圖 圖 3露點(diǎn)傳感器電路原理圖Fig．2 The schematic diagram of dewpoint sensor Fig．3 The circuit schematic diagram of dewpoint sensor圖中反射紅外光的鏡面采用不銹鋼加工制成，裝配時(shí)要求反射鏡與半導(dǎo)體制冷器冷面必須有良好的熱接觸，它們之間應(yīng)只有極低的熱阻，即反射鏡溫度與半導(dǎo)體制冷器冷面溫度基本一致。這個(gè)問題制約了半導(dǎo)體制冷器在CPu芯片散熱方面的推廣運(yùn)用。這種散熱方式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的優(yōu)勢(shì)。本研究組研究設(shè)計(jì)的實(shí)物模型，在實(shí)驗(yàn)中既達(dá)到了加熱和制冷的基本要求，也實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度的有效控制；這在一定的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，提高了研制“太陽能多功能水杯”的可行性。在研制過程中，可以通過溫度檢測(cè)和控制手段，對(duì)溫度進(jìn)行準(zhǔn)確的控制，以滿足不同水溫的要求。實(shí)現(xiàn)太陽能制冷有“光一熱一冷”．“光一電冷”、“光一熱電冷”等途徑。從實(shí)驗(yàn)中可以看出，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備添加絕熱系統(tǒng)等組件后實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到明顯的改現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)中，由于沒有將熱量導(dǎo)出，則達(dá)到一定的時(shí)間后，溫度趨近于平衡。4半導(dǎo)體制冷的實(shí)驗(yàn)研究在理論與實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我們測(cè)得半導(dǎo)體制冷片的溫度一時(shí)間曲線如圖2。吸收式制冷適應(yīng)于一些有余熱利用的場(chǎng)合，且有許多優(yōu)點(diǎn)。若新型復(fù)合材料得以開發(fā)應(yīng)用，熱電制冷在避免大氣和噪聲等環(huán)境污染的同時(shí)還會(huì)大大降低生產(chǎn)成本，因此，其潛在的應(yīng)用前景和市場(chǎng)前景將十分廣闊。（2）熱電制冷技術(shù)用于家用冰箱的技術(shù)關(guān)鍵，一是材料的優(yōu)值系數(shù)的提高，二是熱端散熱系統(tǒng)的優(yōu)化。同時(shí)，注意到要減小熱管的傳熱熱阻，熱管的工質(zhì)充裝量可以適當(dāng)小一些。（4）熱管散熱器比翅片散熱器達(dá)到相同溫度點(diǎn)所用的時(shí)間要少［13］。而熱管散熱器只要有擴(kuò)展空間，冷側(cè)的換熱面積可以成倍增加，傳熱量也大增。目前有兩種常用的解決方案，一種是利用翅片加風(fēng)扇強(qiáng)制對(duì)流散熱，這在車載便攜式半導(dǎo)體冰箱上采用，翅片散熱使半導(dǎo)體冰箱保留了便攜的優(yōu)點(diǎn)，但由于風(fēng)扇的運(yùn)轉(zhuǎn)而帶來了噪聲；另一種散熱方式如圖3，是利用熱管散熱，熱管是一種新型的具有高導(dǎo)熱性能的傳熱元件，利用熱管技術(shù)制成的熱管式散熱器可以發(fā)揮熱管的高傳熱性能，獲得較大的有效散熱面積，且重量輕、熱阻?。?3］。若散熱效果不好，勢(shì)必會(huì)引起熱端溫度TH升高、進(jìn)而影響溫差（），使（）逐漸增大；當(dāng)TH、（）值增加時(shí)，制冷量Qo下降，克服溫差所耗功率增加，因而制冷系數(shù)COP顯著降低。（1）熱電轉(zhuǎn)換方程［12］產(chǎn)冷量：式中：—帕爾帖熱， ；三元01,2’* 3 45,2’* 3 45,4’*固溶體材料工作在普冷范圍內(nèi)，$ 值的溫度依賴關(guān)系較小，始終能夠保持在*9 + 3 *83 +左右，所以仍將是目前該溫區(qū)下最好的半導(dǎo)體制冷材料。需注意的是，在冰箱的適宜溫區(qū)下，$ 值最高的材料不再是三元/ 型（ 01,2’*） :,（ 45,2’*） ,。除碲化鉍（）之外，還有鉍銻（）合金、鉛碲（）合金、硅鍺（）合金用于特定場(chǎng)合。 冰箱溫區(qū)內(nèi)常用的熱電材料及其z 值熱電材料的性能參數(shù)并不是一個(gè)常數(shù)，它會(huì)隨溫度的變化而變化；因此，不同的材料適應(yīng)的溫區(qū)也有所不同，圖1 表示在一定溫度范圍內(nèi)一些材料的優(yōu)值系數(shù)［10］。固溶體中由于摻入同晶化合物引入的等價(jià)置換原子而產(chǎn)生的短程畸變，使得聲子散射增加，從而降低了Kp，而對(duì)的影響卻很小，使z增大?？梢?，要想得到較高的優(yōu)值系數(shù)z值，必須使材料具有較高的載流子遷移率與晶格熱導(dǎo)率Kp的比值（/Kp）。 —電阻率；K—熱導(dǎo)率（包括晶格熱導(dǎo)率Kp和電子熱導(dǎo)率kE）它們都是載流子濃度n和溫度T的函數(shù)。優(yōu)值系數(shù)z越高，制冷性能越好，效率也越高。表1從能量供應(yīng)、能量傳輸、能量接收及介質(zhì)轉(zhuǎn)換幾個(gè)方面對(duì)熱電制冷與壓縮制冷方式進(jìn)行了對(duì)比：表1 熱電制冷與壓縮制冷方式對(duì)比由表1看到，熱電制冷與蒸汽壓縮制冷相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無振動(dòng)部件、體積小、啟動(dòng)快、可靠性高、壽命長(zhǎng)、無噪聲和綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。半導(dǎo)體冰箱的制冷裝置由以下幾個(gè)部分組成，箱內(nèi)吸熱裝置、箱外散熱裝置、處于吸熱裝置和放熱裝置之間的半導(dǎo)體制冷片、開關(guān)電源裝置。這就為熱電制冷在小容量冰箱上的應(yīng)用提供了空間。［關(guān)鍵詞］ 熱電制冷，冰箱，優(yōu)值系數(shù)，散熱強(qiáng)度，制冷系數(shù)作為特征參數(shù)的優(yōu)值系數(shù)Z （L/W ），從而使熱電發(fā)電和半導(dǎo)體制冷進(jìn)入工程實(shí)踐領(lǐng)域。圖3為25℃～35℃環(huán)境溫度下半導(dǎo)體制冷片電壓與制冷器內(nèi)部溫度ttt3的關(guān)系由圖3可知，當(dāng)熱電制冷片工作電壓為12V時(shí)，制冷器內(nèi)部溫度最低，制冷效果最好。壁厚：四周壁厚30mm，底部壁厚30mm，頂部壁厚35mm；質(zhì)量： kg；運(yùn)行環(huán)境：外界溫度20℃～30℃、相對(duì)濕度30％～60％。(3)從經(jīng)濟(jì)性考慮，半導(dǎo)體制冷中存在最佳熱端散熱強(qiáng)度，不可能無限制地通過提高熱端散熱強(qiáng)度來改變熱電制冷器的制冷性能。圖3表明:對(duì)某一制冷電堆，在熱電性能參數(shù)一定的情況下，熱端散熱強(qiáng)度a，的大小直接決定了熱端散熱量Qh的大小，越大，Qh就越大，而制冷電堆的輸入功率P只與冷熱端溫差△T有關(guān)系，與散熱強(qiáng)度沒有關(guān)系，并且在整個(gè)工作過程中保持Qc+P=Qh。通過對(duì)式(5~9)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，可繪出熱電制冷性能與熱端散熱強(qiáng)度關(guān)系的曲線如圖2,3和4所示。如圖1所示，電偶對(duì)的臂長(zhǎng)為l，截面積為A，工作電流為I，導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)，電導(dǎo)率為塞貝克系數(shù)為s，冷熱端溫度分別為Tc和Th(ThTc)，均勻內(nèi)熱源qv =I^2R/Al，并給出第三類邊界條件即x=0界面?zhèn)鹊牧黧w溫度為，對(duì)流換熱系數(shù)為。對(duì)半導(dǎo)體制冷過程而言，這種外功便是加在制冷電堆上的電能。半導(dǎo)體制冷器是利用電能直接實(shí)現(xiàn)熱能傳遞的一種特殊半導(dǎo)體器件。制冷性能0引言這種方法的制冷效果主要取決于兩種材料的熱電勢(shì)。由此得出:隨著散熱強(qiáng)度的不斷增強(qiáng)，熱電制冷的性能逐漸提高，然后就趨于緩慢。 3)熱電制冷器散熱方式的設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能減小熱阻，合適的散熱器設(shè)計(jì)可提高制冷器溫度場(chǎng)的均勻性，消除熱應(yīng)力損傷。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示在室溫環(huán)境25℃下，換熱系數(shù)可大于29 (面積為冷凝器部分的傳熱面積)或540029 (面積為peltier元件的傳熱面積)，COP相比于翅片散熱器可提高32%【39】.[32]在熱電制冷器冷端分別采用翅片散熱器和帶相變熱虹吸管散熱器，通過數(shù)值模擬得出了在制冷工況下兩種散熱器表面的溫度場(chǎng)分布情況。他們采用如圖6所示的實(shí)驗(yàn)裝置，冷端使用熱虹吸管換 圈6 熱虹吸管散熱熱電制冷系統(tǒng) 圈7 回路式兩相流虹吸管熱電制冷系統(tǒng)Fig 6. Schematic description of a thermoelectric Schematic descriprion of refrigeration system employing PCM integrated with a thermoelectric refrigeration thermal diode system employing twophase looptype thermosyphons熱器。一種耗散功率為4~6W的二級(jí)制冷器，在60℃環(huán)境下工作，用24m^2硝酸鍋散熱，制冷器可在5~6min內(nèi)降到最低溫度(約00C)。此外液體冷卻受到使用場(chǎng)合的限制。G. [27]報(bào)道當(dāng)環(huán)境溫度為25℃以下時(shí)，約為使用強(qiáng)制風(fēng)冷的兩倍。Sofrata[33]提出在適當(dāng)位置使用兩個(gè)風(fēng)扇比使用一個(gè)風(fēng)扇能顯著提高強(qiáng)制風(fēng)冷散熱的效率。強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱一般通過散熱器和風(fēng)扇來實(shí)現(xiàn)，熱阻主要取決于風(fēng)的流速，風(fēng)速越大，則熱阻越低。熱電制冷系統(tǒng)中散熱器的設(shè)計(jì)應(yīng)該在制冷系統(tǒng)尺寸、散熱方法和系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法等條件的限制下盡可能地減小熱阻，熱阻越小，熱電制冷器的COP值越高[30]。采用懸臂熱接觸結(jié)構(gòu)制成的熱電制冷器也稱為熱一電一力冷卻器(TEMC)，其機(jī)械零件與應(yīng)用脈沖電流間歇周期性接觸[25]。這說明電場(chǎng)發(fā)射過程在固定電壓的情況下能夠通過增加△u來加強(qiáng)冷卻效應(yīng)。圈2 無限級(jí)聯(lián)溫差電對(duì) Schematic description of an infinite cascade thermoelectric couple圖3 場(chǎng)致發(fā)射強(qiáng)化結(jié)構(gòu)溫差電對(duì) Schematic description of a field emission enhanced thermoelectric couple場(chǎng)致發(fā)射強(qiáng)化結(jié)構(gòu)是利用一個(gè)電場(chǎng)調(diào)制電流將能量(例如熱能)通過n型和P型電臂從冷源傳遞到熱源。1956年，O39。盧希紅等[16]認(rèn)為熱電對(duì)p, n電臂的微觀傳熱機(jī)理不同，熱電制冷器冷熱端不能作為均勻熱端面來考慮，采用非等截面體制成的熱電制冷器，能對(duì)peltier制冷量和焦耳熱重新分配[17]，顯著提高最大制冷量。 Ca2Co205也是層狀結(jié)構(gòu)【11】. T=873K時(shí)，a為200, ~ Terasaki等[9]發(fā)現(xiàn)Bi2Sr2Co20y的結(jié)構(gòu)也和Ca3Co409, NaCo204結(jié)構(gòu)相似，在973K時(shí)，a為300, [12].低維度(0~3D)熱電材料是近年出現(xiàn)的新的研究，低維材料由于量子