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(相关资料图)

2015年电子半导体汽车用冰箱的使用寿命

2-3年。

半导体冰箱的使用寿命一般在3年左右(注:半导体冰箱的正常使用寿命在10万小时以上,风扇等部件的使用寿命一般为1至3年),根据使用环境的不同而不同。半导体电子箱只能制冷或制热,不能制冰,不能用来储存冰淇淋等冷冻食品,不具备压缩机冰箱一样的制冷效果。

饮水机的冰箱一般用几年?

这个就看你怎么用了。一般三四年就没用了。保养得好的话,十年八年都没问题。可以问问春美源冰热直饮机。

半导体制冷片的寿命

其实必须基于一定的条件来谈可靠性。

半导体热电制冷器制冷技术的可靠性研究

简介:由于热电制冷器是一种基于固态的结构,一般认为热电制冷器具有较高的可靠性。在大多数应用条件下,热电制冷装置可以为您提供长期无故障的服务。目前在很多具体的例子中,热电制冷器的连续工作时间已经超过了20年,热电制冷器的寿命比相关仪器的寿命还要长。但是,由于故障率与应用环境密切相关,因此在实际应用中仍然很难获得具体热电制冷器件的可靠性。对于一些相对稳定的制冷应用,加载在冰箱上的DC电源非常稳定,基本不间断,此时热电冰箱的可靠性会非常高。一般来说,平均故障间隔时间(MTBFs)将超过2,000,000小时,这种情况下的平均故障间隔时间通常被视为工业标准。另一方面,在涉及冷热循环的应用条件下,平均无故障时间会大大缩短,尤其是热电制冷器的温度会在循环过程中上升到更高的温度。

一般来说,公布热电制冷器的可靠性数据是非常困难的,因为实际应用中的许多应用条件和工作参数都会影响最终的结果。因此,可靠性数据只对类似于测试环境的应用环境有效,而不一定适用于其他应用。如冰箱安装和焊接工艺、供电和温控系统及相关技术、温度控制等因素,结合外界环境会极大影响故障率,使其在较大范围内波动。为了给用户提供关于热电制冷器寿命的基础数据,帮助相关工程师设计和优化制冷器的可靠性,我们设计了几次制冷器的可靠性试验,以获得所需的可靠性数据。这里列出了几种应用条件下的测试结果和数据,可以帮助类似条件下使用冰箱的终端消费者。在为用户提供这些数据时,要根据不同的应用环境和用户需求进行选择。

热电冷却器安装过程的一些一般要求可在本手册的第六部分找到。为了尽量减少错误的安装工艺对冰箱可靠性的影响,所有冰箱的安装工艺都必须符合说明书中提到的要求。安装过程中影响冰箱可靠性的因素主要有以下几点:

a)热电制冷器在压力下具有较高的机械强度,但剪切强度相对较低。因此,在承载主支架的机械结构体系中,一般不可能设计热电制冷器。另外,在可能涉及振动和冲击的应用条件下,安装时更好保持适当的压力,即采用螺钉夹紧的方法。对于热制冷机,只要采用正确的安装方法,就能成功应对飞机、军事或类似环境中的振动或冲击环境。

b)尽管热电冰箱的更大推荐压力负荷为每平方厘米15千克(每平方英寸200磅),但大多数冰箱在测试过程中可以承受超过每平方厘米15千克(每平方英寸200磅)的压力负荷而不出现故障。最重要的是保证冰箱的安装方式是用螺丝将冰箱夹紧固定,在安装过程中保持适当的压力,使冰箱在小的侧向力的作用下不会轻易松动造成移动。如果同一个冰箱需要固定几个热电偶对,松动的部分会造成很大的麻烦。在这种情况下,如果安装时夹具压力不够,可能会导致制冷性能下降,甚至导致冰箱过早失效。如果使用多级制冷器阵列进行安装,建议使用高度公差为0.025mm的制冷器,在任何情况下,夹紧压力必须均匀,表面必须平整(具体安装说明请参考第六部分)。

c)为了避免明显的机械振动造成冰箱的故障,尽量不要在冰箱的冷端面放置无支撑的质量器件。如果需要涉及到有质量的物体,更好使用夹具将热电冷却器紧固在散热器和物体之间,或者先将器件夹在可以作为介质的冷板上。此时夹紧螺钉可以有效增加整个机械系统的剪切强度。

d)为了避免制冷性能的恶化和制冷材料可能的电化学腐蚀,热电制冷器需要与湿气隔离。当温度降至露点以下时,应安装有效的防潮密封保护,防止水蒸气渗入冰箱。这种防潮保护层要安装在热电制冷器周围的散热片和被冷却物体之间。电子RTV硅胶可直接用作热电制冷器的防潮保护层。使用可变形的闭孔泡沫绝缘带或片材,并适当地结合RTV以填充空间隙,可用于在被冷却物体和散热器之间形成保护层。

e)如果设备的工况需要涉及冷热循环或温度变化较大,此时冰箱的安装方式不能采用焊接或树脂粘接,因为这两种方式都需要与冰箱刚性连接。一般来说,刚性连接会产生很大的热应力,导致制冷机的早期失效,除非各部件的热膨胀系数非常接近。因为冰箱热端的温度一般是恒定的,所以冰箱热端的刚性连接一般影响不大。如果工况需要涉及明显的温度变化或冷热循环,我们强烈建议使用导热硅脂、石墨片或金属铟螺丝夹紧等安装材料来安装冰箱。此外,如果冰箱两端刚性连接,则冰箱不应用于大于15 mm2的设备上。

此外,温度控制方式也会影响热电制冷器的可靠性。如果想延长冰箱寿命,一般建议选择线性或比例控温模式,而不是开/关开关模式。

2冰箱在高温下的可靠性

热电制冷器的失效一般分为早期失效和性能退化。性能下降一般是由于半导体材料的性能参数发生变化或长期使用后接触电阻增大造成的。长期在高温下使用,会引起半导体材料性能参数的变化,从而降低冰箱的制冷性能。为了研究这种效应对性能的影响,我们做了一个测试。采用制冷技术的95系列热电制冷器工作在空气体中的持续高温(150℃)环境中。在测试过程中,定期测量和记录材料的相关性能参数。在测试中,更大温差(DTmax)用于表示冰箱的整体制冷性能。在42个月的时间里,我们跟踪了这个参数,并在图10.1中列出了平均值。我们可以发现,暴露在高温下12个月后,更大温差略有下降(2.5%)。在接下来的30个月里,由于半导体材料的稳定性,更大温差只下降了1.3%。

图10.1

3冰箱在制冷和制热循环过程中的可靠性

热电制冷器在较宽温度范围内的连续冷热循环,可以看作是对制冷器的一次可靠性试验,特别是在循环过程中要把制冷器热端的温度提高到很高的温度。与大多数应用条件相比,这种运行方式会造成更高的故障率。大部分热循环失效的根源是热电材料与冰箱内其他部件的热膨胀系数不匹配,这是完全不可避免的。这种故障一般表现为早期故障,有时会在故障发生前观察到性能下降。

为了研究冷热循环对制冷机性能的影响,首先需要对冷热循环进行定义。在很多热电器件的工作环境中,需要周期性的升降温,有时这个循环会在很宽的温度范围内进行。虽然循环条件和非循环条件的界限不是很明确,但一般来说,我们把这种温度长时间有规律地升降的条件称为冷热循环。这种循环的工作条件一般倾向于自动或机械温度控制,而不是手动控制。如果设备的温度每天只升降几个循环,我们一般不把这个作为循环条件来讨论。如果不了解具体工作情况,请及时咨询我们的服务人员。

冷热循环过程中的故障率至少与四个因素有关:(1)总循环次数;(2)循环期间的总温度变化范围;(3)循环过程中温度的上限;(4)温度变化的速率。当循环次数少、温度变化范围窄、温度上限相对较低、温度变化较慢时,可获得更高的可靠性和较长的寿命。(相反,在较宽的温度范围内,当温度变化率较高时,进行大量循环,循环过程中更高温度较高时,冰箱的寿命会大大缩短)。应该注意的是,冰箱的绝对寿命很大程度上取决于循环的总数,而不是执行这些循环所需的总时间。因此,在讨论热循环时,平均无故障时间的单位是用循环次数而不是小时来表示的;在下面的讨论中,我们将使用平均故障间隔时间。

冷热循环使用的冰箱类型也会很大程度上影响故障率。更高工作温度较高的冰箱比更高工作温度较低的冰箱使用寿命更长。即使冷热循环中的更高温度远低于冰箱的更高工作温度,该规则也适用。在涉及两级热电制冷器的应用中,制冷器在-55℃和125℃之间循环,更高工作温度为150℃的制冷器的平均无故障时间为8100次循环,而更高工作温度为200℃的制冷器的平均无故障时间为17500次循环。更高工作温度较低的冰箱只能用于温度较低的热循环应用。总之,我们建议在90℃以上的热循环应用中使用TECooler HT系列制冷机(更高工作温度为200℃)。

TECooler HT系列冰箱(更高工作温度为200℃)用于90℃以上的热循环应用。

这里应该指出的是,在热循环过程中,还有另外两个因素也会影响平均故障间隔时间。较小的冰箱热电偶对较少,因此较大的冰箱使用寿命较长。在较大的制冷机中,热机械应力较大,这种制冷机一般热电偶对较多,会增加热应力下焊接接头失效的可能性。大量数据表明,在冷热循环过程中,尺寸小于等于30 mm2的冰箱比容积更大的冰箱更可靠。

为了更好地定义冰箱在高温冷热循环条件下的故障率,我们使用TECooler HT系列冰箱进行了长期测试,冰箱在30℃和100℃之间循环。冰箱安装在强制对流散热器上,并用绝缘铝板覆盖。该设备通过交替改变DC电源的电极来冷却和加热。通过测量盖板上的温度来测量循环极限。每次循环时间为5分钟(30℃至100℃2.5分钟,100℃至30℃2.5分钟),因此一天有288个循环,一周有2016个循环。冰箱的性能参数每周测量一次,电阻突然增大说明有故障。

不出所料,一开始冰箱的电阻增加很慢,直到某一刻,电阻突然快速增加,说明已经失效。如图10.2所示,在出现故障之前,所有的冷却器应循环至少25,000次,然后应继续测试,直到50%的冷却器出现故障。该冰箱的平均故障间隔时间计算为68,000次循环。在这里,我们仍然需要注意冰箱的安装方法以及安装过程中的所有细节,这些对于冰箱在冷热循环中的应用非常重要。此外,5 ~ 95℃的热循环试验表明,平均无故障时间为10万次。

图10.2

在结束本章之前,我们需要提到热循环过程的一个实际应用。热电制冷器在工作过程中会产生热机械应力,因此冷热循环可以作为一种有效的筛选技术。通过将热电冷却器置于精确控制的循环中,可以筛选出具有潜在缺陷的冰箱,从而降低早期故障的可能性。当然这个操作可能会增加成本,但是在可靠性高的情况下是非常必要的。

4开/关开关循环测试

上述标准热电制冷器的平均故障间隔时间至少为200,000小时。这一平均故障间隔时间是基于冰箱的相对稳态运行条件。工作时,系统的电源只是偶尔开或关(一天几次)。在其他应用中,电源会频繁地开关,尤其是在恒温控制器的应用中。我们测试了TECooler HT系列冰箱,以研究在相对恒定的温度下,开/关开关电循环对冰箱的影响。冰箱通过使用导热硅脂安装在一对强制对流散热器之间。电流加载时间为7.5秒,关闭时间为7.5秒,因此一个电周期的时间为15秒。在循环过程中,监测每台制冷机的输入电流,制冷机电阻增大导致的电流减小是制冷机故障的标志。测试持续了大约25000小时,至少600万次循环。在这种情况下,计算出的平均故障间隔时间为125,000小时,即3*107个开关周期。

注意:传统温控器大多开关温差较大,会建立明显的冷热循环,热电制冷器上的温度会在温度上限和下限之间变化。由于我们已经知道冷热循环会降低热电制冷器的使用寿命,在要求高可靠性的应用条件下,不建议使用传统的通断开关恒温控制系统。

5环境测试

热电冰箱通常安装在振动、冲击或其他潜在不利的环境中。如上所述,冰箱可以承受适当的压力,但其剪切强度相对较弱。当热电冷却器正确安装在机械部件中时,它们可以承受适当的机械应力而不失效。

制冷技术提供的冰箱已经成功应对了大量的环境/机械测试条件,没有出现故障。具体的测试条件包括:

高温操作和储存:在150°c下超过30,000小时

低温操作和储存:在-40°c下超过1000小时

热循环:

(a) 100 ℃(15秒)/100 ℃(15秒),10个循环

(b) 150 ℃(5分钟)/-65 ℃(5分钟),10个循环(c) MIL-STD-(c) MIL-STD-202,方法107。

TECooler HT系列冰箱:-55℃至+85℃

机械冲击:(a)100克,200克,26毫秒;500 G 1000 G @ 1秒,3个方向,每个方向3次冲击。

(b) MIL-STD-202,方法213,试验条件I。

振动:(a) 10/55/10赫兹,1分钟周期,9.1克,每个方向2小时,204A,测试条。

最多是b部分。15克

6质量控制流程

每个热电制冷设备制造商都有完整的质量控制和测试流程,以确保产品符合公布的规格并代表标准流程。虽然行业内正式的标准并不多,但是很多主要的热电制冷设备厂商还是在使用一些具体的标准。但如果用户对产品质量有任何可能影响应用的疑问,请及时咨询相应的热电制冷装置生产厂家。

经过多年的使用,首创制冷技术测试和大流量具有丰富的工业生产经验,涵盖了热电冰箱在工作中会遇到的广泛应用条件。整个过程包括几个主要方面,如产品运输前100%的电气和机械性能测试/检验;使用过程中100%检查。

7结论

在前面的讨论中,我们强调了热电制冷器的可靠性与应用条件之间的相关性。通过遵循一些基本规则,了解一些具体因素如何影响冰箱的使用寿命,设计人员可以延长系统的使用寿命。尽管一些设计者可能期望进行复杂的分析并建立所有相关参数的模型,但许多用户在遇到一些特殊要求或非常规布局时,更喜欢寻求一些经验方法来计算冰箱在其特定应用条件下的可靠性。

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