摘 要

环保问题日益严重，制冷剂的使用受到了极大的限制，而热电制冷技术作为新兴的制冷方式，无需制冷剂作为媒介，近几年来受到了极大的关注。虽然大型热电空调系统近期仍然难以作为普通建筑空调推广，但小型热电空调装置应用于特殊场合仍具备独特优势。本文重点是研究热电制冷装置热端散热方式对制冷效果的影响规律，主要研究内容如下：

（1）对比分析了热电制冷装置和传统机械压缩式制冷装置的工作原理，重点探讨了其工作特性和控制精度。

（2）根据相关文献，对船舶舱室热负荷计算方法进行了研究，确定了相关参数。

（3）研究分析了热电制冷装置的热端散热方式，用Icepak仿真软件对水冷式热电装置和风冷式热电装置进行了模拟，计算分析了不同送风量、热端进风量和水流量对热电装置制冷效果的影响。

关键词：热电制冷；船舶；风冷；水冷；Icepak热电仿真

Abstract

Environmental problems become increasingly serious, the use of refrigerant has been greatly limited, and thermoelectric refrigeration technology as a new way of cooling, without refrigerant as a medium, in recent years has been a great concern. Although large-scale thermoelectric air-conditioning system is still difficult to promote as a general building air-conditioning, but small-scale thermoelectric air-conditioning devices used in special occasions still have a unique advantage. This paper focuses on the study of the influence of the thermal side of the thermoelectric refrigeration unit on the cooling effect. The main contents are as follows:
(1) The working principle of the thermoelectric refrigeration unit and the traditional mechanical compression refrigeration unit are compared and analyzed, and the working characteristics and control precision are discussed emphatically.
(2) According to the relevant literature, the calculation method of the heat load of the ship cabin is studied and the relevant parameters are determined.
(3) The hot-side heat dissipation method of the thermoelectric refrigeration unit is analyzed and the water-cooled thermoelectric device and the air-cooled thermoelectric device are simulated by Icepak simulation software. The effects of different air supply, hot air inlet and water flow Influence of Cooling Effect of Thermoelectric Device.

KEY WORDS：thermo-electric cooler；ship；wind cooling；water cooling；Icepak thermoelectric hot spring

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪 论 1

1.1 论文研究目的及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 技术路线 3

1.4 本章小结 3

第2章 传统制冷技术的比较 4

2.1 机械压缩式制冷 4

2.1.1 蒸汽压缩式制冷装置原理 4

2.1.2 单极蒸汽压缩式制冷装置的理论循环 5

2.1.3 单级蒸气压缩制冷的实际循环和热力计算 5

2.2 热电制冷 8

2.2.1 塞贝克效应 8

2.2.2 帕尔贴效应 8

2.2.3 汤姆逊效应 9

2.2.4 焦耳效应 10

2.2.5 傅立叶效应 11

2.3 本章小结 11

第3章 船舶舱室负荷计算 12

3.1 船用空调的技术要求 12

3.2 船用空调负荷计算 13

3.3 本章小结 14

第4章 热电制冷模块的建模与仿真计算 15

4.1 Icepak电子热分析软件 15

4.2 风冷式热电制冷模块 16

4.2.1 风冷式热电制冷模块的构建 16

4.2.2 风冷式热电制冷模块的仿真结果分析 17

4.3 水冷式热电制冷模块 21

4.3.1 水冷式热电制冷模块的构建 21

4.3.2 热电制冷模块的仿真结果分析 22

4.4 本章小结 26

第5章 结论与展望 26

5.1 结论 27

5.2 展望 27

参考文献 28

致 谢 29

第1章 绪 论

1.1 论文研究目的及意义

随着船舶行业的蓬勃发展，海上安全事故也更加频繁。虽然《国际海上人命安全公约》早已于1974年颁布，且在不断的被修改完善。但是，由于船舶起火、燃油泄漏、化学用品泄漏等人为过失而造成人员伤亡和财产损失的惨烈事件时有发生。因此，船舶的自动化机舱因其极高的稳定性能和自我调控性能而开始广泛流行起来。自动化装置的应用不仅极大的提高了人们的工作效率，而且还降低了意外事故的几率，增大了安全性能。

随着科技的高速发展，全球电子技术有了质的飞跃，自动化船舶的需求也越来越大，船员的居住舱室、集控室、冷藏库等舱室的环境也需要进一步改善，以提高舱室温度、湿度、空气的清新度等因素的精确控制和管理，于是热电制冷技术在近年来受到了广泛关注。由于新型材料的研制，热电制冷的制冷效率已有了较大的提升。

作为新兴的制冷设备，热电空调具有极高的可控性能，噪音小、体积小、控制精度高。而船用空调系统的制冷机多为蒸汽压缩式制冷机。由于运动部件的存在，使得噪音大、不稳定性高、体积大、热惯性大等问题比较严重，且由于制冷剂的日常消耗，与热电制冷装置相比成本更高、适应性较弱。在重视制冷效率的同时，节能与环保问题更是不可忽视。因此，本文拟研究水冷和风冷式热电制冷装置在船用制冷系统中的应用，并初步设计出热端的散热方式，以此来提高船舶舱室的舒适性以及经济性。

1.2 国内外研究现状

早在1821年，热电现象就被一位德国科学家Seebeck发现了：在两种材料不同金属导体所构成的回路中，若在两个接头出的温度不相同，那么在回路中便会有磁场产生。Seebeck用材料的Seebeck系数乘以相应的电导率，并将乘积大小按顺序排列，因此而得到了 “Seebeck系列”^[1]。