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半導體制冷與固體除濕結合裝置的性能

半導體制冷（又稱熱電制冷）因為降溫迅速、易于控制等優點,廣泛應用在工業生產、日常生活等方面。而熱端散熱效 果成為制約半導體制冷效率的主要因素。半導體制冷在空氣除濕領域的應用研究日趨深入，但傳統的冷卻除濕要求半導體冷端 溫度較低，使半導體制冷效率降低。建立半導體制冷（熱管排熱系統）、固體吸附劑結合的除濕模型，通過6級半導體制冷與熱管 散熱系統的實驗裝置對干工況進行模擬驗證,再模擬固體除濕工況在不同輸入電流下的性能。模擬結果表明：當除濕量與文獻 中半導體冷卻除濕裝置相同時，該半導體與固體除濕結合的模型的系統COP為1.78,明顯高于文獻中裝置的COP。說明結合固 體吸附劑后可以加強傳質動力提高冷端溫度,從而提高系統性能。

半導體制冷是熱電制冷的別稱，因為半導體材料 是一種較好的熱電能量轉換材料，熱電制冷器普遍釆 用半導體材料制成。其原理為當直流電通過具有熱 電轉換特性的導體組成的回路時具有制冷功能⑴。 半導體制冷有降溫迅速、無噪聲與污染、體積小、冷量 調節范圍寬、易于控制等多種優點，已廣泛應用在工 業生產、日常生活、實驗裝置、與軍事等方面⑵O

由于半導體制冷片冷熱端面的散熱密度很大,可 達104W/m2,因此，良好的冷熱兩端熱傳遞性能對系 統的運行十分關鍵。目前較好的散熱方式有熱 管散熱系統、水冷散熱、空氣強迫對流散熱等。

除濕模型模擬

一種兩級半導體除濕裝置，并通 過實驗模擬等手段對其除濕效果與cop進行分析得 到電源電壓和風機風量的解。選取文獻中的室 內空氣參數和達到工況時被除濕空氣的流量，并 選取合適的硅膠質量與傳質系數，如表4,帶入一級 半導體制冷的固體除濕模型中，以12min為一個周 期，即6min改變一次除濕與再生的工況。模擬該除 濕模型隨輸入電流變化制冷量、除濕效果及系統效率 的變化趨勢，如圖7 ~圖9。當電流/在10A以內變 化時,隨著電流增加，制冷量由WW左右上升至70W 左右，冷凝水量近乎直線增加，系統COP降低，冷端 空氣出口含濕量降低，溫度先降后升。

兩級半導體的冷端相 對,共有兩股空氣，其中被冷卻空氣先經過級半 導體熱電堆的制冷側進行干工況降溫,在此基礎上經 過第2級半導體熱電堆的制冷側進一步降溫除濕。 為了提高系統效率和出風的舒適度，低溫低濕的空氣 再次經過第2級熱電堆的熱端而被加熱，以此加強第 2級半導體熱端的散熱并達到除濕的效果。而 級熱電堆則由另一股空氣強迫對流散熱，其入口狀態 參數與被冷卻空氣相同。

研究人員固定空氣入口參數（干球 溫度為22T，相對濕度為80% ），優化該兩級半導體 除濕裝置的輸入電壓與兩股空氣的風量，使半導體系 統的COP和冷凝水量達到較高水平,其實驗結果得 到工況結果與相同冷凝水量下固體除濕模型的 模擬結果如表5,釆用了固體除濕的半導體除濕模型 的系統效率明顯高于半導體冷卻除濕裝置。