半导体制冷器的应用研究

　　0 引言

　　半导体制冷器是一种依据帕耳帖效应工作的固体制冷元件， 改变工作电流的极性可完成制冷工况和加热工况的转变， 实现对有限空间制冷或加热。 半导体制冷器无噪音、 无磨损、 运行可靠、 维护方便， 系统运行稳定可靠性高。 具有以下特点： ①制冷制热具有可逆性，只需改变电流的方向就可以实现制冷、 制热的转换， 适合高低温恒温装置;②冷却(或加热)速度和制冷(或加热)温度可通过改变工作电流大小实现任意可控调节，灵活性大， 制冷制热速度快， 调节响应时间短， 过程时滞小， 易于实现对温度的高精度控制; ③半导体制冷器可以高频起停， 对元器件的性能没有影响， 配合以无触点电子开关实行高频的通断控制， 可以实现对制冷量的精确、 平滑调节; 食品行业中常温菌种的培养通常使用生化培养箱， 由于菌种所需的温度接近常温即可(即所需制冷量小)， 而传统培养箱采用蒸汽压缩式制冷， 制冷量偏大， 势必造成能源的浪费。 本文提出一种节能型的培养箱， 以半导体制冷器替代蒸汽压缩式制冷机， 在小制冷量(100W 以下)范围内， 采用半导体制冷的能效比明显优于蒸汽压缩式制冷方式， 而且容易实现精确控制。

　　1 采用半导体制冷器的生化培养箱

　　本培养箱采用半导体制冷器进行箱内温度、 湿度工况的调节和控制。

　　(1)工作原理。 培养箱工作时， 在实验舱内空气与试件进行热湿交换， 将试件的热湿负荷带走， 经循环风机送入箱体内壁和实验舱隔板之间形成循环通风道， 在空气处理模块的风机吸引下， 顺序流过空气处理模块的制冷、 除湿、 加热、 加湿等空气处理段， 同时由箱体内置的温、 湿度传感器将采集的数据， 传至控制器进行处理， 下达调温、 调湿指令， 在控制系统调节下各功能段协调工作， 对流过的空气进行相应的热、 湿处理， 然后送出空气处理模块， 从而维持实验舱内热湿负荷动态平衡， 保证实验舱内温湿度稳定且均匀一致， 实现恒温恒湿的功能。 半导体制冷器的制冷量、 制热量可根据调节其电流量来实现。

　　(2)基本结构。 培养箱的箱体都为整体结构形式。 热湿处理系统(制冷系统、制热系统、加湿系统)及电气控制系统位于箱体上部。 实验舱布置在下部。 由于热湿处理采用的半导体制冷系统， 运行震动小、 噪音低， 将电气操作部分和热湿处理系统设置在实验箱上部使用操作方便。所设计的新型半导体培养箱的制冷、 加热和除湿系统均采用半导体制冷器; 制热采用半导体制冷器的热泵

　　运行; 除湿系统采用了两块半导体制冷器同时运行来实现降温除湿; 加湿系统采用了超声波加湿器。