与压缩式制冷机相比,半导体致冷器是一种较为新颖的制冷装置。其优点是重量轻、寿命长。致冷器本身无任何机械转动部分,因而工作起来无噪声。同时由于必使用气体工质,所以也不构成环境污染。其缺点是在工作温差较大时致冷效率较低,成本也较贵。
半导体致冷空调器在用于制热时,其效率则十分高。用在空调器中,综合“冷”“热”两方面的效果时,则仍不失为一种能耗较低的装置。至于成本,如果设计合理,则仍可有较大幅度的降低。由半导体致冷器制成的空调器,国外已经有相当多的品种。
常见的有工业空调器、冷风机和家用空调器。此外,由半导体致冷器还可制成一些在特殊场合使用的空调器。如防空洞、火车、潜水艇等一些比较特殊的场所。另外,这种致冷器还可以用在某些有特殊要求的工作服上,进行空气调节。比如某些炽热场所、车间、消防员、飞行员、宇航员、坦克手以水下工作的潜水服等。家用空调器的一个特点,就是要求能耗低。
为了对这种致冷器的性能作一个初步了解,我们对国产致冷器件的主要性能作一点简单的介绍。表明这种半导体材料综合性能指标的一个参数,叫“优质系数”通常用符号Z表示,Z值愈大,则效率愈高。对于国产半导体致冷器Z≈0.0025/K,半导体致冷器的散热端温度用T表示,工作温度用T表示,工作温度差T—T。致冷器的效率与T和T有关。表列出当T0=300K、Z=0.0025/K条件下,当作致冷器使用时的单极致冷器的效率空调器使用中,需要的工作温差一般是不大的。比如,在夏天室外温度为40℃,要求室内维持20℃,则T=20℃,冬天时,如室外温度为-10℃,室内维持20℃,则T=30℃,由表可见,夏天使用时,其致冷效率可达1.5,而冬天使用时其致热效率可达1.8,也就是说电—-冷和电—-热的转换效率都不小于1,这当然是很理想的,然而,由于制造工艺和结构质量相差很大,所以实际的致冷器其转换效率要低一些,这里大概说明的一点,效率大于1似乎是违背了能量守恒定律,事实上并非如此,这是由于半导体致冷器提供的“热”和“冷”,除了消耗电功之外,本身还能从环境吸收一部分能量,从而出现了效率大于1的现象。由此可见,如果设计合理,那么由半导体致冷器制成的空调还是很省电的。
因而用它来制造家用空调可满足省电的市场需要。苏联制造的半导体家用空调器如图所示。这种空调用于较小的住房中,昼夜进行空气调节。空调的电堆由5个部分构成,每个部分包括十对无件。每一部分的产冷量约为45W。热端和冷端分别由两个独立的电机送风。致热工作时,效率大约为2.5。这一类家用空调器,具有如下典型的性能参数;产冷量1.5KW;产热量3.5KW;冷风温度5~9℃。致冷效率为1;冷却水消耗量0.5T/h;空调气调节器节量750立方米。致冷器采用水散热时效率较高,当然,采用风冷也是可以的。目前,市场对于家用空调器的城需求呼声较高,利用半导体致冷器制造这种家电产品不仅是可行的,预期其经济效益也是相当可观的。