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4.3 散熱器的選擇

       我們可以將熱電制冷器看作為一個介質為熱的泵,熱量從一面被運送到另一面。制冷器的工作過程不是普通的吸熱過程或者將熱量消耗掉的過程。通電之后,熱電制冷器的一面會變冷而另一面變熱。被制冷一面的熱量將被傳遞到另一面—熱端,傳遞的過程完全符合熱力學過程。熱電制冷器的熱端必須要連接在一個合適的散熱器上,以便釋放掉從冷端傳遞過來的熱量和器件運行過程中產生的焦耳熱。
       由于熱電制冷器的制冷量是隨著溫差的增加而減小的,所以在設計時一定要盡量減小散熱器的溫度增加量。對于一般的應用,散熱器的溫度高于室溫5-15 ℃是比較常見的。
       市場上,有很多種散熱器可供選擇,其中包括自然對流式、強制對流式、和液體冷卻式三種。自然對流式散熱器可以在功率非常低的應用條件下使用,特別是當小型熱電制冷器的工作電流在2 A以下時。而對于大部分應用條件來說,自然對流式散熱器并不能滿足將所需熱量全部排出的要求,這時就需要使用強制對流式散熱器或者液體冷卻式散熱器了。
       散熱器的性能一般使用熱阻來衡量,熱阻越小性能越好。
       根據不同的應用條件,熱電制冷器需要有不同種類的散熱器與之相匹配,并且,還會有不同的機械約束條件,使整個設計過程非常復雜。由于每種應用條件都不相同,很難推薦一種單一的散熱器結構可以滿足大多數條件。
       熱電制冷器上使用的散熱器表面平整度50mm內不大于0.02mm,所以有必要對擠壓散熱器進行額外的拋光、飛刀切割、或者打磨,以求滿足這種平整度的要求。

 

       ●自然對流式散熱器:
       自然對流式散熱器一般只能用在小功率條件下。大部分自然對流式散熱器的熱阻值要大于0.5 ℃/W,而且,多數情況下會達到10 ℃/W。自然對流式散熱器的安裝位置要滿足兩個條件:a.散熱片的長度方向要沿著空氣流動的方向,垂直方向的操作可以增強自然對流;b.不可以有明顯的物理阻擋妨礙空氣流動。另外,我們還需要考慮到散熱器周圍其他的器件產生熱量,環境溫度會提高,從而對整體的使用性能產生影響。

 

       ●強制對流式散熱器:
       強制對流式散熱方法是熱電制冷器中最常見的散熱方法。合格的強制對流散熱系統的熱阻一般維持在0.02~0.5 ℃/W的范圍內。許多標準散熱器擠型與合適的風扇配合就可以作為完整冷卻系統的基礎。應用中,既可以通過風扇或鼓風機獲得冷卻的空氣,又可以使空氣從散熱器的長度方向通過,或者通過將空氣朝向散熱器的中心吹入,使其在開口的兩端流出而獲得冷卻。

 

       ●液體冷卻式散熱器:
       與前兩種散熱器相比,相同體積的液體冷卻式散熱器可以提供最好的性能,通過優化設計,可以得到非常低的熱阻值。典型的液體冷卻式散熱器的熱阻通常可以低到0.01~0.1 ℃/w。簡單的液體冷卻散熱器可以通過將銅質渦輪焊接在銅板上得到,或者在金屬塊體上鉆孔使水從中通過。如果想得到更復雜的結構,也就是更高的性能,可以在銅塊或者鋁塊上加工出精細的盤旋式水槽,然后用蓋板封閉整個體系。


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