熱電溫控系統(tǒng) - 基于熱電制冷的無土栽培溫控系統(tǒng)

　　熱電制冷設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)備采用對稱結(jié)構(gòu)(圖3)，蓋板2為保溫性能良好的聚苯塑料板，以減小外界環(huán)境與流體之間的熱交換。上下蓋板利用螺栓連接，既保證了熱電制冷片6和銅板4的充分接觸，又減小了熱電制冷片與銅板之間的接觸熱阻。320mmx295mmx6mm(長x寬x高)的橡膠墊3內(nèi)加工出5個平行排列(間距10mm)并相互導(dǎo)通的矩形槽(280mmx44mmx6mm)，主要起導(dǎo)流作用。

　　熱電制冷片采用杭州建華熱電制冷集團有限公司生產(chǎn)的TEC-12706熱電制冷片，共26片。其最大工作電流6A，電壓15.4V，最大制冷量51.4W，最大溫差67℃。根據(jù)王錦俠等的研究結(jié)果，確定設(shè)計參數(shù)為：制冷器熱端最高溫度45V-，冷端溫度20°C，工作電壓(DC)12Vo散熱方式熱電制冷片的制冷量和制冷系數(shù)與制冷片冷熱端的溫差密切相關(guān)，溫差越大制冷量越小，制冷系數(shù)越低。對于特定的熱電制冷片，散發(fā)掉熱端的熱量是提高熱電制冷系數(shù)和增大熱電制冷量的關(guān)鍵。由于控制對象為營養(yǎng)液，其水冷換熱系數(shù)高，換熱效果好，故采用水冷方式進行散熱。

　　電源當直流電源的穩(wěn)波系數(shù)小于10%時，熱電制冷片的制冷性能較好。根據(jù)需要自制了1臺電源，其交流輸入電壓(AC)220V，直流輸出電壓(DC)12V，最大電流300Ao測試儀器Datataker600數(shù)據(jù)采集儀和熱敏電阻溫度傳感器，澳大利亞數(shù)據(jù)電子有限公司生產(chǎn)，其測量精度為士0.050C;ST5124環(huán)境溫度控制器，美國Aerotech有限公司生產(chǎn)，可以直接控制繼電器工作，控制精度士0.1℃;普通流量計、直流電壓表、電流表等。

　　2.3 試驗?zāi)康募胺椒?/p>

　　目的測試熱電溫控系統(tǒng)的制冷系數(shù)以及水流量對制冷系數(shù)的影響;試驗驗證熱電溫控系統(tǒng)的實際運行效果。

　　制冷系數(shù)的測試在電路中接入功率表，記下起始讀數(shù);利用數(shù)據(jù)采集儀和溫度傳感器記錄和測量制冷水溫度的變化。按式(1)計算制冷系數(shù)：

　　式中：m為制冷水的質(zhì)量，kg;和T:分別為制冷水的初始溫度和每次試驗結(jié)束時的溫度，℃;W為耗電量，J;。為水的比熱容(假設(shè)為常數(shù))。

　　試驗設(shè)計試驗采用2因素3水平的3X3正交試驗設(shè)計方法，其中因素A為散熱水流量，分別為4.5,5.8和7.1Lmin-1;因素B為制冷水流量，分別為5.6,8.9和11.2Lmin-1。制冷水初始溫度為2610.5°C，散熱水溫度為2610.5°C。采用2個散熱水箱(分別為進水箱和回水箱)盛放散熱水，確保散熱水溫度恒定。制冷水箱箱體外加5cm厚的巖棉保溫材料，減小周圍環(huán)境與制冷水之間傳熱量，其內(nèi)共35kg制冷水。數(shù)據(jù)采集間隔為1min,每次試驗30min。試驗原理見圖4營養(yǎng)液溫度控制試驗營養(yǎng)液無土栽培系統(tǒng)主要由水泵、營養(yǎng)液槽、栽培槽、閥門、熱電溫控系統(tǒng)，以及循環(huán)管道等組成(圖5)。試驗中共采用2套營養(yǎng)液無土栽培系統(tǒng)，其中1套系統(tǒng)采用熱電溫控系統(tǒng)控制營養(yǎng)液溫度，另外1套不采取任何溫度控制措施，營養(yǎng)液配方相同。