多级热电制冷器

[ 字号：大中小 ] [ 关闭 ] 2008-12-5 15:32:11 来自网络作者：admin 浏览次数：次发表评论

关键词：散热器传热

为了获得更低的制冷温度（或更大的温差）可以采用多级热电制冷。它由单级电堆联结而成。前一级（较高温度级）的冷端是后一级的热端散热器。利用图1分析n级热电制冷器的性能。（不考虑级间传热温差及各种损失）。

　　（1）总温差
　　　　　 (1)
　　（2）制冷量　　　　　　 (2)
　　（3）热端散热量　　　　 (3)
　　（4）总消耗功率
　　　　　　 (4)
　　（5）制冷系数
由多级电堆的能量平衡有
　　　　　　　　(5)

图1 多级热电点制冷的热力示意图

　　分别对各级电堆建立能量平衡，并考虑到前一级的制冷量就等于下一级的散热量即　，可得出下列关系
　　第一级；
　　第二级
　　第三级
　　　　　
　　第n级
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(6)

　　将式(2)和(3)代入式(6)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(7)

　　式(5)代入式(7)
　　　　　　　　　　　　　　　
所以
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(8)

　　由于热电制冷的每一级电堆散热量远大于制冷量，所以高温级的热电偶数目要比低温级大得多。此外，随着温度的降低，元件的温差电性能变差，总的温差并不是随级数的增多成比例提高的。所以实际上多级热电制冷的级数也不宜很多，一般为2~3级，最多达8级。例如，某二级热电制冷器，第二级用电偶22对；第一级则需用电偶56对（尺寸Ф5×6）。串联，风冷，总温差可达70℃。某三级热电制冷器，采用同样的电偶，第三级用4对；第二级要18对；第一级则需114对，串联，水冷，总温差可达99℃。6~8级的热电制冷器，若热端温度50℃，冷端温度可低到140~160K（-113~-133℃）。