CN216791676U - 一种热电器件制冷性能测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种热电器件制冷性能测量装置，其包括第一热端热交换模块、第二热端热交换模块、冷端热交换模块和温度控制器，所述第一热端热交换模块与冷端热交换模块之间通过p型热电材料连接，所述冷端热交换模块与第二热端热交换模块之间通过n型热电材料连接；所述第一热端热交换模块、第二热端热交换模块、冷端热交换模块与p型热电材料的热交换面均设有热电偶；所述第一热端热交换模块、第二热端热交换模块、冷端热交换模块、热电偶与温度控制器电连接；所述p型热电材料和n型热电材料与电控制器电连接。采用本实用新型的技术方案，可以提高测量准确性，拓宽了热电器件制冷性能测量装置的测试温度区间。

Description

一种热电器件制冷性能测量装置

技术领域

本实用新型涉及热电器件性能检测技术领域，尤其涉及一种热电器件制冷性能测量装置。

背景技术

现有热电器件制冷性能测量装置皆为冷端热交换模块-热电器件-热端热交换模块的3层结构，如图1所示，包括冷端热交换模块1、热端热交换模块6，冷端热交换模块1、热端热交换模块2通过p型热电材料4、n型热电材料8连接，所述p型热电材料4通过导电构件3与n型热电材料8电连接，所述p型热电材料4、n型热电材料8分别与电控制器7电连接，所述冷端热交换模块1、热端热交换模块6与温度控制器5电连接，所述p型热电材料4、n型热电材料8与冷端热交换模块1之间设有导热绝缘材料构件2，所述p型热电材料4、n型热电材料8与热端热交换模块6之间设有导热绝缘材料构件2。其中主要使用循环水（或者空气）和加热器来实现温度控制，测试温度（即热电制冷器件的热端温度）一般在300 K~333 K之间。这种结构因为设备的冷端热交换模块参与了测试温度的控制，冷端热交换模块运行过程中产生的热量输入到热电器件冷端或者热电器件冷端的热量输入到冷端热交换模块都会造成测量误差，测量准确性较低。现有技术其他的技术方案，有通过测量流体介质的流量、流入温度、流出温度，计算热电材料单位时间冷端的制冷量和热端的散热量，方法比较繁琐，测量难度较大，准确性较低。

另外，目前现有技术的热端温度区间仅为300 K~333 K，无法在低温条件下（< 300K）测量热电器件的制冷性能。然而，低温热电器件也具有巨大的应用价值，因此，开发可针对低温器件制冷性能测试的系统至关重要。针对这一需求，如何大幅度拓展测试温度区间是一个重要但是仍未解决的问题。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型公开了一种热电器件制冷性能测量装置，提高了测量准确性，显著拓宽了温度测试区间。

对此，本实用新型的技术方案为：

一种热电器件制冷性能测量装置，其包括第一热端热交换模块、第二热端热交换模块、冷端热交换模块和温度控制器，所述第一热端热交换模块与冷端热交换模块之间通过p型热电材料连接，所述冷端热交换模块与第二热端热交换模块之间通过n型热电材料连接；所述第一热端热交换模块、第二热端热交换模块、冷端热交换模块与p型热电材料的热交换面均设有热电偶；

所述第一热端热交换模块、第二热端热交换模块、冷端热交换模块、p型热电材料和n型热电材料均置于真空室内；

所述第一热端热交换模块、第二热端热交换模块、冷端热交换模块、热电偶与温度控制器电连接；

所述p型热电材料和n型热电材料与电控制器电连接。

此技术方案中，采用热端热交换模块-热电器件-冷端热交换模块-热电器件-热端热交换模块的5层结构设计，使测试温度的控制可以由热端热交换模块单独完成，冷端热交换模块可以无需参与测试温度的控制，最大程度减少干扰，使测量更加准确。

作为本实用新型的进一步改进，所述第一热端热交换模块和第二热端热交换模块均包括热端加热器、循环水管道、液氮管道，所述热端加热器、循环水管道的排水阀、液氮管道的控制阀与温度控制器电连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述冷端热交换模块设有冷端加热器，所述冷端加热器与温度控制器电连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述p型热电材料与第一热端热交换模块之间、所述n型热电材料与第二热端热交换模块之间设有导热绝缘材料构件。

作为本实用新型的进一步改进，所述第一热端热交换模块、第二热端热交换模块中，所述液氮管道位于热端热交换模块在靠近热电器件的一侧，所述循环水管道位于热端热交换模块的中部，所述热端加热器位于热端热交换模块的远离热电器件的一侧。

作为本实用新型的进一步改进，所述循环水管道为螺旋形。

作为本实用新型的进一步改进，所述第一热端热交换模块、第二热端热交换模块、冷端热交换模块的表面设有导热构件。

作为本实用新型的进一步改进，所述导热构件为铜质工件。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

第一，本实用新型的技术方案为热电器件的制冷性能测量提供了硬件基础，其采用热端热交换模块-热电器件-冷端热交换模块-热电器件-热端热交换模块的5层结构设计，使测试温度的控制可以由热端热交换模块单独完成，冷端热交换模块无需参与测试温度的控制，最大程度减少测试过程中热电器件冷端处额外热量输入对测量造成干扰。

第二，采用冷端热交换模块中的加热器对热电器件冷端进行补偿，用测量加热功率代替测量制冷量，降低测量难度，提高测量准确性。

第三，通过引入液氮冷却，大幅度拓宽装置的测试温度区间，实现在100 K~333 K的宽温域内对热电制冷性能的测量。

附图说明

图1是现有技术的热电器件制冷性能测量装置的结构示意图。

图2是本实用新型实施例的热电器件制冷性能测量装置的内部结构示意图。

附图标记包括：

1-冷端热交换模块，2-导热绝缘材料构件，3-导电构件，4-p型热电材料，5-温度控制器，6-热端热交换模块，7-电控制器，8-n型热电材料；

9-第一热端热交换模块，10--热端加热器，11-循环水管道，12-液氮管道，13-控制阀，14-热电偶，15-温度控制器，16-冷端热交换模块，17-导电构件，18-第二热端热交换模块，19-导热绝缘材料构件，20-n型热电材料，21-电控制器，22-冷端加热器，23-p型热电材料，24-排水阀。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的较优的实施例作进一步的详细说明。

如图2所示，一种热电器件制冷性能测量装置，其包括第一热端热交换模块9、第二热端热交换模块18、冷端热交换模块16和温度控制器15，所述第一热端热交换模块9与冷端热交换模块16之间通过p型热电材料23连接，所述冷端热交换模块16与第二热端热交换模块18之间通过n型热电材料20连接；也就是第一热端热交换模块9、第二热端热交换模块18分别与p型热电材料23、n型热电材料20的热端面接触，冷端热交换模块16与p型热电材料23、n型热电材料20的冷端面接触。

所述第一热端热交换模块9、第二热端热交换模块18、冷端热交换模块16、p型热电材料23和n型热电材料20均置于真空室内；热电制冷性能的测量在高真空条件下进行，从而最大幅度降低空气的热传导和热对流对测量造成的影响。所述第一热端热交换模块9、第二热端热交换模块18、冷端热交换模块16与p型热电材料23的热交换面均设有热电偶14；所述p型热电材料23和n型热电材料20设有导电构件17，所述导电构件17与电控制器21电连接。该电控制器21包括直流电源，可以由计算机进行精确控制。

所述第一热端热交换模块9和第二热端热交换模块18均包括热端加热器10、循环水管道11、液氮管道12，所述冷端热交换模块16设有冷端加热器22，所述热端加热器10、循环水管道11的排水阀24、液氮管道12的控制阀13、冷端加热器22与温度控制器15电连接。所述第一热端热交换模块9、第二热端热交换模块18中，所述液氮管道12位于热端热交换模块在靠近热电器件的一侧，所述循环水管道11位于热端热交换模块的中部，所述热端加热器10位于热端热交换模块的远离热电器件的一侧。所述循环水管道11为螺旋形。进一步优选的，所述第一热端热交换模块9、第二热端热交换模块18、冷端热交换模块16的表面设有导热构件，比如铜质工件。所述p型热电材料23的导电构件17与第一热端热交换模块9之间的接触面、所述n型热电材料20的导电构件17与第二热端热交换模块18之间的接触面设有导热绝缘材料构件19。

采用本实施例的技术方案在进行热电器件的制冷性能测量中，可以采用如下步骤：

当测试温度低于室温时，第一热端热交换模块、第二热端热交换模块的热端加热器不启动，排水阀打开将循环水排出后，只有液氮控制系统工作，液氮控制阀开启，通过液氮循环控制温度。

当测试温度为室温时，第一热端热交换模块、第二热端热交换模块的热端加热器不启动，排水阀、液氮管道的控制阀关闭，只有循环水控制系统工作，通过循环水控制温度。

测试温度高于室温时，第一热端热交换模块、第二热端热交换模块的液氮管道的控制阀关闭，排水阀打开将循环水排出后，只有热端加热器工作，通过热端加热器控制温度。

工作时，温度控制器通过控制第一热端热交换模块、第二热端热交换模块的温度，使第一热端热交换模块、第二热端热交换模块的温度与热电器件的热端温度保持在设定的测试温度。

当测量热电器件的最大制冷温差时，关闭冷端热交换模块的冷端加热器，再利用电控制器为热电器件提供输入电流，直到热电器件的冷端和热端的温度保持不变，此时热电器件的冷端和热端之间的温差即为在对应热端温度下的热电器件的最大制冷温差。

当测量热电器件的制冷效率时，控制冷端热交换模块的冷端加热器的加热功率，然后利用电控制器为热电器件提供输入电流，通过控制电流大小从而使热电器件的冷端和热端温度相同。这时制冷量与加热器的加热功率相等。利用加热器的加热功率数值和电控制系统的输入电源功率数值可以计算得到在对应热端温度和热负载（即加热器的加热功率）条件下的热电器件的制冷效率。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语诸如 “上”、“下”、“前”、“后”、 “左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所述的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以上所述之具体实施方式为本实用新型的较佳实施方式，并非以此限定本实用新型的具体实施范围，本实用新型的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本实用新型之形状、结构所作的等效变化均在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种热电器件制冷性能测量装置，其特征在于：其包括第一热端热交换模块、第二热端热交换模块、冷端热交换模块和温度控制器，所述第一热端热交换模块与冷端热交换模块之间通过p型热电材料连接，所述冷端热交换模块与第二热端热交换模块之间通过n型热电材料连接；所述第一热端热交换模块、第二热端热交换模块、冷端热交换模块与p型热电材料的热交换面均设有热电偶；

所述第一热端热交换模块、第二热端热交换模块、冷端热交换模块、p型热电材料和n型热电材料均置于真空室内；

所述第一热端热交换模块、第二热端热交换模块、冷端热交换模块、热电偶与温度控制器电连接；

所述p型热电材料和n型热电材料与电控制器电连接。

2.根据权利要求1所述的热电器件制冷性能测量装置，其特征在于：所述第一热端热交换模块和第二热端热交换模块均包括热端加热器、循环水管道、液氮管道，所述热端加热器、循环水管道的排水阀、液氮管道的控制阀与温度控制器电连接。

3.根据权利要求2所述的热电器件制冷性能测量装置，其特征在于：所述冷端热交换模块设有冷端加热器，所述冷端加热器与温度控制器电连接。

4.根据权利要求2所述的热电器件制冷性能测量装置，其特征在于：所述p型热电材料与第一热端热交换模块之间，所述n型热电材料与第二热端热交换模块之间设有导热绝缘材料构件。

5.根据权利要求3所述的热电器件制冷性能测量装置，其特征在于：所述第一热端热交换模块、第二热端热交换模块中，所述液氮管道位于热端热交换模块在靠近热电器件的一侧，所述循环水管道位于热端热交换模块的中部，所述热端加热器位于热端热交换模块的远离热电器件的一侧。

6.根据权利要求3所述的热电器件制冷性能测量装置，其特征在于：所述循环水管道为螺旋形。

7.根据权利要求1~6任意一项所述的热电器件制冷性能测量装置，其特征在于：所述第一热端热交换模块、第二热端热交换模块、冷端热交换模块的表面为铜质工件。

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