王镇锐，张兴斌, 温世喆，何振辉,3

(1. 中山大学物理学院，广州 510275; 2. 中山大学物理与天文学院,珠海 519000; 3. 中山大学光电材料与技术国家重点实验室，广州 510275)

0 引 言

中国科学院力学所利用天舟一号货运飞船(Tianzhou-1 cargo spaceship, T Z1)在轨飞行的机会，开展微重力流体蒸发和冷凝实验，对冷凝台提出了-5～40 ℃(±0.5 ℃)的控温要求。为满足实验的控温和散热需求，中山大学提出采用半导体制冷片(Thermoelectric cooling chip,TEC)对冷凝台进行控温，并用泵驱两相回路为TEC热端散热的解决方案。

TEC利用半导体PN结的Peltier效应实现制冷。当直流电通过P,N两种不同掺杂半导体材料串联成的电偶时，电偶的两端即可分别吸收和放出热量。加载正向电流时，TEC实现制冷功能；而加载反向电流时，TEC则实现加热功能。它具有结构简单、体积小以及质量轻的特点，是一种简便的制冷和加热器件。针对上述任务需求，用同一块TEC实现加热和制冷的方法符合航天任务对资源制约的苛刻要求。并且TEC在加热或制冷的过程中不产生振动，因此几乎不影响蒸发和冷凝实验。

TEC的制冷能力不仅取决于加载电流，同时其热端的温度和散热条件也至关重要。TZ1货运飞船的科学载荷安装于飞船舱内，舱内无冷却水回路，且舱内温度范围为5～30 ℃。载荷的散热边界只能选择舱内空气。此次基于TEC加热、制冷控温系统的设计关键在于：随着舱内温度升高，甚至达到最高温度30 ℃时，TEC的制冷能力能否将冷凝台制冷至-5 ℃。

为了使冷凝台达到更低的温度，TEC热端需要采取高效的散热方式。风扇和散热翅片的组合是一种比较低效的方法。……