制冷片使用手冊

溫差電致冷現(xiàn)象已發(fā)現(xiàn)一百五十多年了。1834年法國科學(xué)家珀?duì)柼≒eltier）發(fā)現(xiàn)了一種效應(yīng)，在兩個(gè)不同導(dǎo)體組成回路中通電時(shí)，一個(gè)接頭吸熱，另一個(gè)接頭放熱。這就是所謂珀?duì)柼?yīng)。1911年，德國人Altenkirch用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了此效應(yīng)可以致冷，提出溫差電致冷理論，并得到溫差電致冷器基本參數(shù)熱力學(xué)公式。本世紀(jì)50年代，由于半導(dǎo)體材料制造技術(shù)突破，溫差電致冷技術(shù)獲得了較快發(fā)展。溫差電致冷組件是利用珀?duì)柼?yīng)工作熱泵，可用于致冷，也可以致熱。它是一種沒有轉(zhuǎn)動(dòng)部件固態(tài)器件，壽命長，工作時(shí)無噪聲，又不會(huì)釋放有害物質(zhì)（如氟氯烴），能在任意角度安裝運(yùn)行，調(diào)節(jié)電壓或電流時(shí)可以精確控制溫度。由于它具有一系列優(yōu)點(diǎn)，在國防、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科學(xué)研究各領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用當(dāng)前，溫差電致冷器在中（致冷功率在100W?500W范圍）、?。ㄖ吕涔β实陀?00W）功率應(yīng)用占極大部分。在某些小功率場合已經(jīng)是并將仍然是唯一可用致冷方式。在激光二極管、CCD器件、紅外探測器冷卻等小功率應(yīng)用領(lǐng)域，應(yīng)用相當(dāng)普遍。中功率應(yīng)用領(lǐng)域，溫差電致冷也有相當(dāng)大市場，如氣體除濕器，氣體或液體冷卻器等。近幾年中小功率溫差電致冷器應(yīng)用年增長超過20%。大功率（致冷功率大于500W）溫差電致冷器，包括電子儀器空調(diào)艙、計(jì)算機(jī)空調(diào)機(jī)等，在權(quán)衡空間大小、重量、可靠性、運(yùn)行方式等要求后，在軍用領(lǐng)域是競爭力。1工作原理、結(jié)構(gòu)及制造工藝流程在兩個(gè)不同導(dǎo)體組成回路中通電時(shí)，一個(gè)接頭吸熱，另一個(gè)接頭放熱，接頭吸熱或放熱取決于電流方向。如果在放熱接頭上維持一定溫度，則另一個(gè)接頭就開始冷卻，一直到從周圍介質(zhì)中傳入該接頭上熱量和沿溫差電偶臂傳入熱量總和等于所吸收珀?duì)柼麩釣橹?。在熱平衡條件下，冷接頭熱平衡方程為：Qc=aTcI-0.5I2R-K（Th-Tc）方程式中第一項(xiàng)是珀?duì)柼麩?，a稱為材料塞貝克系數(shù)。其實(shí)，塞貝克系數(shù)及冷面溫度乘積就是該材料對在冷接頭處珀?duì)柼禂?shù)。方程中第二項(xiàng)是焦耳熱一半，我們假設(shè)通電過程中熱偶上產(chǎn)生焦耳熱有一半傳到冷接頭。方程中第三項(xiàng)是由傅利葉熱傳導(dǎo)定律決定由熱接頭傳導(dǎo)到冷接頭熱量。在說到溫差電材料和溫差電組件時(shí)經(jīng)常提到優(yōu)值（有文獻(xiàn)則用品質(zhì)因子說法）概念，以表示溫差電材料和組件熱電性能好壞。溫差電材料優(yōu)值及它塞貝克系數(shù)、電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率有關(guān)，定義為：z=a2o/k公式中優(yōu)值z單位是1/K,塞貝克系數(shù)a單位是V/K,電導(dǎo)率0單位是S/cm,熱導(dǎo)率k單位是w/（cm?k）o常規(guī)單級溫差電致冷組件是由若干對溫差電偶電串聯(lián)構(gòu)成。溫差電元件呈矩形截面。流行結(jié)構(gòu)中銅制導(dǎo)流片連接P、N型元件，用高純氧化鋁（或氧化鍍）陶瓷片在冷面和熱面及外界耦合。多級溫差電致冷組件，常規(guī)結(jié)構(gòu)方式是上一級熱面作為下一級冷面，如此疊加成多層次組件，通常呈金字塔形式。一般情況下，各級溫差電偶串聯(lián)供電。制作溫差電致冷組件，首先要制備溫差電致冷材料。常用溫差電材料是用區(qū)域熔煉法（可以用電阻爐區(qū)熔，也可以用高頻區(qū)熔）、布里奇曼法等熔融生長法制備定向多晶。用于室溫附近致冷，目前最好P型溫差電材料是摻一定量雜質(zhì)贗二元Bi2Te3-BiSe3，以及由Bi2Te3-Sb2Te3-Bi2Se3組成并摻一定量雜質(zhì)贗三元材料。優(yōu)值在2.5X10-3/K左右。制備溫差電制冷材料多晶錠去掉頭尾后，用切片機(jī)按溫差電元件高度切成片,再用劃片機(jī)切成所需尺寸元件。最后，利用模具將溫差電元件焊接到按一定形式排布帶導(dǎo)流片陶瓷板上，形成溫差電制冷組件。目前市售溫差電致冷組件多用熔點(diǎn)138℃焊料焊接，長期工作溫度為80℃,短期工作溫度為100℃。近幾年研制成功一種高溫溫差電致冷組件，使用較高熔點(diǎn)焊料制作，最高持續(xù)工作溫度為150℃。2溫差電致冷優(yōu)越性a）小型化：一般情況下，溫差電致冷器外形尺寸和體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于機(jī)械制冷系統(tǒng)，重量也比較輕。各種標(biāo)準(zhǔn)和特殊尺寸以及結(jié)構(gòu)溫差電致冷組件可供選擇，適用于各種應(yīng)用需要。b）具有致冷和加熱兩種功能：改變直流電源極性，同一致冷器可實(shí)現(xiàn)加熱和致冷兩種功能。c）精確溫控：使用合適閉環(huán)溫控電路，可實(shí)現(xiàn)溫度控制。溫差電致冷器控溫精度可優(yōu)于±0.1℃。d）高可靠性：溫差電致冷組件為固體器件，無運(yùn)動(dòng)部件，因此失效率低。典型溫差電致冷器壽命大于二十萬小時(shí)。e）工作時(shí)無聲：及機(jī)械制冷系統(tǒng)不一樣，溫差電致冷器工作時(shí)不產(chǎn)生噪音。f）可使用常規(guī)電源:溫差電致冷器對電源要求不高?？墒褂靡话阒绷麟娫矗ぷ麟妷汉碗娏骺稍诖蠓秶{(diào)整。g）可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)致冷：可只冷卻一專門元件或特定面積，不必要冷卻一完整封裝外殼和整體。h）具有發(fā)電能力：若在溫差電致冷組件兩面建立溫差，則可產(chǎn)生直流電?？衫脺夭铍娭吕浣M件制作小功率發(fā)電裝置。i）綠色器件：溫差電制冷器不會(huì)釋放氟氯烴或其它有害化學(xué)物質(zhì)，不危害環(huán)境。溫差電致冷器是一種綠色無公害半導(dǎo)體器件。3性能參數(shù)及曲線反映溫差電致冷組件熱電性能主要參數(shù)是最大溫差電流、最大溫差、最大致冷功率和最大溫差電壓。最大溫差電流（Imax）指是熱面溫度27℃,冷面無熱負(fù)荷，溫差電致冷組件能達(dá)到最大溫差時(shí)工作電流，單位A。最大溫差（Amax）指是熱面溫度27℃,冷面無熱負(fù)荷，溫差電致冷組件能達(dá)到最大溫差，單位。C,此時(shí)溫差電致冷組件在最大溫差電流Imax工作。最大致冷功率（Qcmax）指是熱面溫度27℃,溫差電致冷組件在冷面能吸收最大熱負(fù)荷，單位W,此時(shí)溫差電致冷組件在最大溫差電流Imax工作。最大溫差電壓（Vmax）指是熱面溫度27℃,冷面無熱負(fù)荷時(shí)，溫差電致冷組件在最大溫差電流Imax工作時(shí)電壓，單位V。有時(shí)，還用到性能系數(shù)這個(gè)概念。溫差電致冷組件性能系數(shù)定義為致冷功率（致冷運(yùn)行時(shí)）或致熱功率（致熱運(yùn)行時(shí)）及輸入功率之比值。一般情況下，溫差電致冷組件致熱運(yùn)行時(shí)性能系數(shù)大于1。4分類及命名方法溫差電致冷組件可分為單級溫差電致冷組件和多級溫差電致冷組件。單級溫差電致冷組件指是只有一個(gè)熱面和一個(gè)冷面單層溫差電致冷組件。為了獲得更大溫差或者更大性能系數(shù)，將上一級溫差電致冷組件熱端及下一級溫差電致冷組件冷端熱耦合，如此疊加形成多層次組件被稱為多級溫差電致冷組件。溫差電致冷組件在應(yīng)用過程中及熱交換器構(gòu)成一個(gè)完整系統(tǒng)，通常稱為溫差電致冷器。該致冷器也可用于加熱。按熱交換器型式進(jìn)行分類，溫差電致冷器可分為空冷式溫差電致冷器和水冷式溫差電致冷器。我國已經(jīng)在中國電子科技集團(tuán)公司部頒標(biāo)準(zhǔn)（SJ2856-88）中公布了溫差電致冷組件型號命名法。溫差電致冷組件型號由六部分組成。第一部分代表溫差電致冷組件，用TE表示;第二部分表示結(jié)構(gòu)類別，常用陶瓷式溫差電致冷組件用C表示，小型陶瓷式溫差電致冷組件（溫差電元件截面小于或等于1mm2,這類溫差電致冷組件常稱微型溫差電致冷組件）用S表示；第三部分表示級數(shù)，如1表示一級，3表示三級；第四部分表示組件內(nèi)溫差電偶總對數(shù)，用三位阿拉伯?dāng)?shù)字表示；第五部分用兩位數(shù)字表示溫差電致冷組件最大溫差電流值，對C型溫差電致冷組件而言，取最大溫差電流整數(shù)值，對于S型溫差電致冷組件而言，組件最大溫差電流10部才是型號數(shù)值；第六部分表示溫差電致冷組件外表面狀態(tài)，如單面金屬化用T表示,雙面金屬化用TT表示，無金屬化則不表示。例如，型號為TEC1-12705TT致冷組件，是一種陶瓷式單級致冷組件，由127對溫差電偶構(gòu)成，其最大溫差電流為5A，它熱面和冷面外側(cè)都有金屬化層。5產(chǎn)品目錄5.1產(chǎn)品目錄標(biāo)準(zhǔn)單級溫差電致冷組件、微型單級溫差電致冷組件、多級溫差電致冷組件性能參數(shù)見附錄1。5.2結(jié)構(gòu)形式溫差電致冷組件結(jié)構(gòu)型式有如下四種。第I種結(jié)構(gòu)型式為常規(guī)單級溫差電致組件結(jié)構(gòu)型式。第W種結(jié)構(gòu)型式為常規(guī)多級溫差電致冷組件結(jié)構(gòu)型式。目前，第n種結(jié)構(gòu)型式單級溫差電致冷組件有TES1-01810、TES1-01815、TEC1T2704、TEC1T2706、TEC1-12708溫差電致冷組件，第III種結(jié)構(gòu)型式單級溫差電致冷組件有TES1-03920SP溫差電致冷組件。6安裝方法螺栓固緊法1)安裝表面研磨或拋光，熱槽表面平面度不大于0.03mm。1)2）小心清潔安裝表面和組件表面，除去毛刺、臟物、油脂。3）安裝多于一個(gè)組件時(shí)，組件厚度公差在±0.05mm以內(nèi)。4）組件熱面和冷面分別涂一均勻薄層導(dǎo)熱硅脂。5）將組件放置在熱槽和被冷卻物體之間，四個(gè)或六個(gè)螺栓固緊熱槽和備冷卻物體。注意用力均勻，切勿過度。膠粘法D安裝表面研磨或拋光，熱槽表面平面度大于0.03mm。2）小心清潔安裝表面和組件表面，除去毛刺、臟物、油脂。3）組件熱面和冷面分別涂一均勻薄層導(dǎo)熱環(huán)氧樹脂。4）將組件放置在熱槽和被冷卻物體之間。5）輕夾組件，直至導(dǎo)熱膠固化。焊接法D熱槽表面必須是可焊，即是銅材或已經(jīng)涂復(fù)鋁材。2）將低溫焊料預(yù)先掛在熱槽和組件表面，低溫焊料熔點(diǎn)至少比焊接組件焊料熔點(diǎn)低20?30。3）小心清潔安裝表面和組件表面，除去臟物、油脂。4）在安裝表面和之間表面涂適量焊劑。5）在適當(dāng)溫度下進(jìn)行焊接。6）冷卻后清除焊劑等殘余物。注意:焊接法有損壞組件風(fēng)險(xiǎn),必須進(jìn)行溫度控制，以避免組件過熱。當(dāng)最終產(chǎn)品須熱循環(huán)運(yùn)行時(shí),最好不使用焊接法。7使用及維護(hù)選擇溫差電致冷組件時(shí)，必須預(yù)先知道三個(gè)應(yīng)用參數(shù)，即熱面溫度Th,冷面溫度Tc,致冷功率Qc（即熱負(fù)荷）。溫差電致冷組件熱面溫度及散熱方式有關(guān)。通常，溫差電致冷組件散熱方式有水冷、強(qiáng)迫風(fēng)冷、自然風(fēng)冷三種。如用強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱時(shí)溫差電致冷組件熱面溫度一般比環(huán)境溫度高 10?15℃,如用自然對流冷卻時(shí)溫差電致冷組件熱面溫度一般比環(huán)境溫度高20?40℃,如用水冷散熱時(shí)溫差電致冷組件熱面溫度一般比環(huán)境溫度高2?5℃。單級溫差電致冷組件最大溫差可達(dá)60?70℃。如要求致冷器溫差超過此范圍，必須選用多級溫差電致冷組件。如要采用多級致冷組件，則要確定用幾級溫差電致冷組件較為合適。在目前工藝水平，采用性能最好溫差電材料制作單級和多級溫差電致冷組件可能達(dá)到最大溫差見表1表1各級溫差電致冷組件溫差范圍級數(shù)最大溫差。C160-70280-95395-1104100-1206120-1358130-140熱負(fù)荷有主動(dòng)熱負(fù)荷和被動(dòng)熱負(fù)荷之分。被動(dòng)負(fù)荷包括輻射熱負(fù)荷、對流熱負(fù)荷和傳導(dǎo)熱負(fù)荷。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)前應(yīng)當(dāng)先根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況把主動(dòng)熱負(fù)荷和被動(dòng)熱負(fù)荷估算出來。使用溫差電致冷組件時(shí)，一定要注意以下幾點(diǎn)：1.溫差電致冷組件致冷運(yùn)行時(shí)，熱面必須散熱。必要時(shí)，可在散熱器上安裝熱保護(hù)繼電器，以防止致冷組件過熱而損壞。下面，分三種散熱情況進(jìn)行討論。水冷散熱：即利用一水套（銅質(zhì)或鋁質(zhì)），接上自來水管，讓流水將熱量帶走。強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱：采用肋狀鋁質(zhì)或銅質(zhì)散熱器，并配以軸流風(fēng)扇或離心風(fēng)扇，將溫差電致冷組件熱面熱量帶走。③自然風(fēng)冷散熱：采用較強(qiáng)迫風(fēng)冷大得多鋁質(zhì)或銅質(zhì)肋狀散熱器，將溫差電致冷組件熱面熱量帶走。.絕熱考慮為了達(dá)到最佳致冷效果，致冷器內(nèi)部冷熱面之間應(yīng)當(dāng)絕熱。綜合考慮體積、絕熱效果等問題，最佳絕熱層厚度在25?30mm,如絕熱層厚度再增加，則體積迅速增加，而絕熱效果改善不明顯。溫差電致冷器絕熱材料可采用聚氨酯泡沫塑料（軟泡或硬泡）或聚苯乙烯發(fā)泡塑料等絕熱材料。.電源考慮溫差電致冷組件必須直流供電，電源波紋系數(shù)應(yīng)不大于10%。電源紋波系數(shù)為10%時(shí)，致冷組件溫差減少2%；電源紋波系數(shù)為20%時(shí)，致冷組件溫差減少5%。多級溫差電致冷組件和低電平信號。.可改變單級溫差電致冷組件工作方向，使其在致冷或致熱狀態(tài)運(yùn)行。但多級溫差電致冷組件只能在致冷狀態(tài)工作，不可隨意改變電流方向。8訂貨須知常規(guī)單級溫差電致冷組件和多級溫差電致冷組件，連續(xù)工作時(shí)最高工作溫度為+80℃,冷熱面陶瓷片為氧化鋁陶瓷片，外側(cè)無金屬化層。常規(guī)單級溫差電致冷組件高度公差為±0.25mm。如有需要，訂貨時(shí)應(yīng)作如下說明：D熱、冷面外側(cè)金屬化。2）熱面外側(cè)金屬化。3）冷面外側(cè)金屬化。4）連續(xù)工作時(shí)最高工作溫度+150%℃。5）連續(xù)工作時(shí)最高工作溫度+200%℃。我所可滿足用戶如下特殊要求：1）熱面陶瓷片外側(cè)預(yù)掛+96℃焊料。2）熱、冷面陶瓷片外側(cè)預(yù)掛+96℃焊料。3）熱面陶瓷片外側(cè)預(yù)掛+117℃焊料。4）熱、冷面陶瓷片外側(cè)預(yù)掛+117℃焊料。5）熱面陶瓷片外側(cè)預(yù)掛+138℃焊料。6）熱、冷面陶瓷片外側(cè)預(yù)掛+138℃焊料。7）高度公差±0.025mm。8）電信級溫差電致冷組件，預(yù)先進(jìn)行高強(qiáng)度老化篩選。9）提供溫差電致冷組件測試數(shù)據(jù)、有關(guān)性能曲線。10）防水密封型溫差電致冷組件。n）供應(yīng)96℃、117℃、138℃焊料。12）供應(yīng)特種用途焊料。附錄1單級溫差電致冷組件性能參數(shù)SINGLESTAGETHERMOELECTRICCOOLINGMODULES型號TYPE熱面溫度HOTFACETEMPERATURE(Th=27℃)尺寸DIMENSIONS(mm)最大溫差電流ImaxA最大溫差電壓VmaxV最大致冷功率QcmaxW最大溫差△T℃A(長)(L)B(寬)(W)C(高)(H)TES1-007252.50.81.267884.0TES1-017252.02.81212TES1-031253.65.21515TES1-071258.212.12323TES1-1272514.721.63030TES1-007303.00.81.567883.6TES1-017302.03.61212

TES1-031303.66.61515TES1-071308.215.22323TES1-1273014.727.23030TES1-007393.90.81.867883.2TES1-017392.04.51212TES1-031393.68.21515TES1-071398.218.82323TES1-1273914.733.73030TEC1-007044.00.81.86710104.7TEC1-017042.04.51515TEC1-031043.68.32020TEC1-071048.2193030TEC1-12704