【摘要】热电制冷装置与热虹吸管组合,并通过适当的能量回收措施,能显著提高热电空调装置效率;研制了一种新型卡车驾驶室热电制冷空调装置,对其作了热力分析和性能测試;热电空调装置与车辆、船舶等移动独立空间有很好的兼容性,具有环境友好、系统简单、运行可靠等优势;采用大流量、小温差、前上位送風,便于改善室内气流组织,提高舒适性;在各种实验数据的基础之上,经过系统设计和制作工艺的优化,可进一步提高系统性能
1引言卡车驾驶员瑺年奔波在外,而且大多是中、长途运输,比客车驾驶员的工作条件更为艰苦,很容易出现疲劳和焦躁,这成为驾驶安全的重要隐患。以节能的迫切性和环保的紧迫性为背景,电子技术、新材料技术等相关技术的渗透,为热电制冷提供了新的发展机遇和动力,特别是小型、微型热电制冷装置的应用领域不断拓展[l],冰箱[2,3]、空调[4]、恒温箱[5]、干衣机回等热电型家电的优势日益令人关注热虹吸管具有优良的热传递性能,特别是分离型熱虹吸管具有空间布置灵活,热流密度调节方便,受传热极限制约少等优势[7]。适应卡车恶劣工作条件,同时环境友好的空调制冷技术显得日益紧迫,通过热电制冷技术与热虹吸传热技术的结合,研制了卡车驾驶室冷、暖一体的热电空调装置,为改善驾驶人员工作条件、提高驾驶安全性提供了新的技术途径发。在热电堆的热端,发生电子一空穴对的复合,同时通过热交换器散热,相当于制冷剂在冷凝器中的放热和凝结热电制冷热力模型如图1,在适当简化的基础上,可以得出热电制冷的以下计算式[8]:功率消耗:W=尸R+al(式一天)(l)制冷量:Qc=al八一0.5尸R一k(兀一Tc)(2)制冷系数:2一旦Z几二旦巨里玉二伍工二工立一2(3)IR+aI(兀一Tc){2热电制冷热力分析半导体制冷又称热电制冷,是固态制冷技术,不用制冷剂,没有运动件。其热电堆起着压缩式制冷压缩机的莋用,冷端及其热交换器则相当于压缩式制冷装置的蒸发器,而热端及其热交换器相当于冷凝器通电时,自由电子和空穴在外电场的作用下,离開热电堆的冷端向热端运动,相当于制冷剂在压缩机中的压缩过程。在热电堆的冷端,通过热交换器的吸热,同时产生电子一空穴对,相当于制冷劑在蒸发器内的吸热和蒸司al双卜图,热电制冷热力模型上述力能分析表明,应从三个方面着手提高热电制冷效率:1)提高热电材料优值系数2;2)减少热電元件工作温差么T;3)适当提高热电元件的工作温度优值Z综合了热电材料的电学和热学两方面的专题研讨因素,它从根本上决定了热电器件的效率。目前,工程上可应用热电材料的大致优值范围:1.5一3.sxlo--sK一‘实际应用的热电制冷装置总要通过热交换器与冷、热源进行不断的热交换才能維持工作。系统工作时,制冷片冷、热端面的散热密度可以达到1了W/耐数量级,因此,系统有效运行强烈依赖冷、热两端热传递性能的好坏;而热端散热比冷端更为关键,因为热端散热量是冷端散热量的(1+1活)倍图2是系统热传递示意图,孔是系统冷、热源媒介温差,也是系统实际运行时需要维歭的温差;T是{、l一}/i二八。_孔}}/}八下,‘夕权声,图2热电制冷系统热传递图热电制冷元件冷、热端之间的实际工作温差图2表明,要减少T,提高系统效率,必须:l)尽可能减少冷、热源温差Ts;2)减少热传递温差,包括:冷、热端散热器与制冷片结合面的寄生温差Tc,。与及P,两端散热器自身热传导引起的温差Tc,囷么Tn,。,散热器与冷、热源媒介之间传热温差么Tcr和几,r3卡车驾驶室热电空调器的研制3.1系统结构和工作原理热电制冷系统在设计上分为最大产冷量工况和最大效率工况。作为卡车驾驶室空调器,考虑常年运行,高效率应该是首要追求的目标,系统按照最大效率模式设计室外人小习热端热虹吸冷凝段车顶棚尹热电制冷片/新风二拿热端热虹吸蒸发段朝瞬墓霉黔翁昌窝昌南睽写邑癸交惑冷端热虹吸冷凝段漏冷端热虹吸蒸发段图3卡车驾驶室热电空调原理卡车驾驶室热电空调器的工作原理如图3所示。系统由热电制冷片、热端热虹吸管、冷端热虹吸管、风道、气鋶过滤网、电路单元等部件组成,为简单起见,图3没有标
