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电子冰箱

时间:2011年3月23日 共阅【 4234 】次 【 字体: 】【打印此页】 【返回

电子冰箱正以争奇斗艳的造型飞入寻常百姓家。电子冰箱由半导体主机来工作的,这类小冰箱一般可以冷暖两用,可以从5℃的冷藏温度(25℃环境下)调至65℃的保温温度。因为半导体主机体积小,所以冰箱的机身也可以做得比较小,其有效容量有3升到45升不等,主要分卧室小冰箱、车载小冰箱和化妆品小冰箱三种。一些著名的超市里,可以看到各种规格的电子冰箱,普通的电器商场里也摆着着各式电子冰箱,有卧式的,也有立式的。这些电子冰箱可以作为私人小汽车配套用,成为车载小冰箱,多数为卧式,可用汽车直流电充电就能制冷;也可以作为家庭卧室的床头柜(多数为立式)放几瓶饮料、化妆品或药品作低温保存用。

热销的另一原因是价格不算高,每台在300元到500元之间。电子冰箱没有压缩机,没有氟里昂,没有噪声,不易损坏,可有直流(12伏/24伏低电压、安全),也可用交流压,比较方便。放在卧室内没有噪音,使用十分方便,放些化妆品、保健品和饮料等,提高了人们的生活质量。

电子冰箱原理是半导体芯片制冷

电子冰箱与普通家用冰箱不同,不是采用压缩机的机械压缩制冷,而是采用电子(半导体)制冷原理。

早在1834年,法国人珀尔帖发现,当电流流经两个不同导体形成的接点时,接点处会产生放热和吸热现象。放热或吸热依电流方向不同而改变,放热和吸热量的大小与电流大小成正比。根据这个珀尔帖效应(peltier effect)可以获得低温。但是发现后的100多年来没有什么实用价值,因而没有什么进展,因为金属半导体的珀尔帖效应很弱。直到上世纪的九十年代,原苏联科学院半导体研究所约飞院士的研究表明,以碲化铋为基的化合物是最好的热电半导体材料,从而出现了实用的半导体电子制冷元件。当一块N型半导体和一块 P型半导体结成电偶时,只要在这个电偶迥路中接上一个直流电源,电偶上就会流过电流,发生能量转移,在一个接点上放热或吸热,在另一个接点上相反地吸热或放热。

直流电源提供电流Ⅰ,N型半导体和P型半导体相连,组成热端和冷端,热端放热,冷端吸热,即制冷。输入的电功率(CP)有两部分组成,一部分是克服温度差电动势所做的功,另一部分是消耗在电偶对上的焦耳热(T2R),则电功率P=(αp -αn)x(Th-Tc)xⅠ+Ⅰ2R

式中:αp为P型半导体放热系数

αn为N型半导体放热系数

Th为热端温度

Tc为冷端温度

I为工作电流

R为一对电偶的总电阻

Qh为热端散掉的热量

Qc为冷端及吸收的热量

由式可知,输入的电功率恰好等于热端散掉的热端与冷端吸收的热之差,这就是一种“热泵”作用。

要求得一对电偶的最大温差 ΔTmax,经运算得到:

ΔTmax=(Th-Tc)max=1/2xzx Tc2

式中z为品质系数,习惯上叫优值系数,仅与制冷元件的α(放热系数)、R(电偶总电阻)、K(总热导系数)参数有关,是反映半导体制冷性能的重要参数,即Z=(αp-αn)2/RxK

目前,Z值(高水平半导体冷堆)约为(3~3.5)×10-8(1/度),理论计算表明,Z值上限为17×10-8度-1 只要实现Z值为 13×10-8度-1,半导体制冷效率与机械压缩式效率就几乎一样,但实际上还做不到这个水平。目前,半导体制冷的效率与机械压缩式的50%左右。在半导体制冷材料的优值系数Z值没有突破之前,半导体制冷只能在小体积和微型化上比传统的机械压缩式制冷优越。此外,半导体制冷在医疗卫生、科学实验、测量分析仪器和空间技术等方面有广泛应用。

电子冰箱就是采用半导体制冷原理的,一般应用于日常生活方面的。用于冷藏食品和药品等。容积一般在 20升以下。如市场上有4升电子冰箱,售价300多元,重3公斤,可放3~4个可乐易拉罐饮料:一种20升的500多元,可放6瓶1.25升大可乐。

为了开发大容积电子冰箱即20升以上的,需将热管技术应用到半导体制冷技术上,提高了制冷能力,现在国内已有50升电子酒柜,可放20瓶葡萄酒。这是国内目前容积较大的电子冰箱,在国际市场上十分看好。电子冰箱特别有利于葡萄酒的保存,因为葡萄酒特别需要安静,忌讳振动和噪声,机械压缩式冰箱就做不到这点,而电子冰箱无振动无噪音,正好适合葡萄酒的保存。


使用电子冰箱窍门


电子冰箱这样的产品,使用了半导体的主机,所以在使用时有不同于普通冰箱之处:

      1.冰箱在接通电源后就开始制冷/制热,1小时后放入预先冷却或预先加热的食物,会使制冷或制热效果更好。制热模式下,不要用来加热牛奶等食品或饮料,它只是用来为预先加热的食物保温用的。
      2.使用时开门不要过于频繁,也不要长时间开门以免冷气或热气散失。 
      3.当在制冷与制热之间转换时,请先将开关拨到“0”,5分钟后使用,在此期间应开门散气。
      4.在汽车上用车载冰箱时,应保证直流电源导线不影响你的驾驶。充分考虑冰箱摆放位置的安全性,以免影响驾驶。

电子冰箱前途无量
半导体制冷技术以其独特的优点应用于日常生活中,如电子冰箱上,可作为车载冰箱。随着我国私人小汽车产销达到世界第一,车载冰箱市场也会发展很快的,也需要千万台。车载冰箱市场潜力无穷。在家庭作为冷藏药品、化妆品、保健品和饮料及食品的专用冰箱,也可作为床头柜,或可当化妆箱,或当保健箱,也可当酒柜、饮料箱,对拥有几亿家庭的我国,其市场极其巨大。
电子冰箱采用低压直流电供应,具有安全性和可靠性,可作为学生和孩子用的饮料箱。在家庭中给孩子专用,或作为学生公寓中学生用,实现每人一台电子冰箱。当然,也可在医院中给医院住院病人每人专用一台。

由此可见我国发展电子冰箱具有很多有利条件。首先是我国的半导体制冷芯片产量大质量好。国产芯片的Z值已达到国际先进水平。生产量也很大。全国年产量早就超过900万片左右,生产地遍布有深圳、石家庄、香河、蔚县、秦皇岛、河南、天津、大兴、杭州、宁波、台州等。前几年我国出口半导体制冷芯片每年就超200多万片,全国冷饮水机需要超400多万片。因此,半导体芯片供应有保证。另外,我国是世界上电冰箱生产量最大的国家。冰箱生产技术达到国际水平。电子冰箱基本上以出口为主,以香港、日本、德国、英国、美国等市场为主。这些国家都是汽车生产大国,对车载冰箱需求很大。电子冰箱出口的迅速增加是推动我国电子冰箱发展的主要动力之一。


如果考虑到即将在家庭普及电子冰箱、电子酒柜、电子保健箱和学生电子柜等,我国人口多,市场大,电子冰箱前程似锦,潜力无穷。

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