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。其优点是体积小、重量轻、寿命长。致冷器本身无任何机械传动部分,因而工作起来无噪声。同时,由于不必使用气体工质,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。然而,半导体致冷器在用于致热时,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、坦克手以及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一些主要性能作一点简单的介绍。表征这种半导体材料综合性能指标的一个参数,叫“优值系数”,通常用符号Z来代表。Z值愈大,则效率愈高。对于国产半导体致冷器,Z≈2.5×10\(^{-}\)3K-1。半导体致冷器的散热端温度用T\(_{0}\)表示,工作端温度用T表示,工作温差T0-T。致冷器的效率与T\(_{0}\)和泄亍O卤砹谐龅盩0=300K,致冷=T0-T,致热=T-T0,Z=2.5×10\(^{-}\)3K-1条件下,当作致冷器或当作致热器使用时的单级致冷器的效率。

空调器使用中,需要的工作温差一般是不大的。比如: 在夏天如室外温度为40℃,要求室内维持20℃,则20℃,冬天时,如室外温度为-10℃,室内维持20℃,则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。这里需要说明的一点是,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器还是很省电的。因而用它来制造家用空调,可满足省电的市场要求。
苏联制造的一种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,每个部分包括十对元件。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0.5m\(^{3}\)/h;空气调节量750m3/h。致冷器采用水冷散热时效率较高,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。(钟广学 马松涛)