【科普】半导体制冷技术

半导体制冷技术是目前的制冷技术中应用比较广泛的。农作物在温室大棚中生长中，半导体制冷技术可以对环境温度有效控制，特别是一些对环境具有很高要求的植物，采用半导体制冷技术塑造生长环境，可以促进植物的生长。半导体制冷技术具有可逆性，可以用于制冷，也可以用于制热，对环境温度的调节具有良好的效果。

运行原理半导体制冷技术的应用原理是建立在帕尔帖原理的基础上的。

1834年，法国科学家帕尔帖发现了半导体制冷作用。帕尔贴原理又被称为是”帕尔贴效益“，就是将两种不同的导体充分运用起来，使用A和B组成的电路，通入直流电，在电路的接头处可以产生焦耳热，同时还会释放出一些其它的热量，此时就会发现，另一个接头处不是在释放热量，而是在吸收热量。这种现象是可逆的，只要对电流的方向进行改变，放热和吸热的运行就可以进行调节，电流的强度与吸收的热量和放出的热量之间存在正比例关系，与半导体自身所具备的性质也存在关系。

由于金属材料的帕尔帖效应是相对较弱的，而半导体材料基于帕尔帖原理运行，所产生的效应也会更强一些，所以，在制冷的材料中，半导体就成为了主要的原料。但是，对于这种材料的使用中，需要注意多数的半导体材料的无量纲值接近1，比固体理论模型要低一些，在实际数据的计算上所获得的结果是4，所以，对于半导体材料的应用中，要使得半导体制冷技术合理运用，就要深入研究。

应用策略半导体制冷技术已经广泛应用在医药领域中，工业领域中，即便是日常生活中也得以应用，所以，该技术是有非常重要的发展前景的。

例如，将导体制冷技术用于现代的各种制冷设备中，诸如冰箱、空调等等，都可以配置电子冷却器。半导体冰箱就是使用了半导体制冷技术。

在具体的应用中，可以根据不同客户的需要使用，以更好地满足客户的要求。不同数量的半导体制冷芯片，在连接的过程中可以根据需要采用并联的方式或串联的方式，放置在合适的位置就可以发挥作用。二十世纪50年代，前苏联开发了一种小型模型冰箱，只有10升的容量，冰箱的体积非常小，使用便利。日本研制出一种冰箱，是专门用于储存红酒的。

对于温度要严格控制，应用半导体制冷技术就可以满足冰箱的制冷要求。随着社会的不断发展，人们在追求生活质量的同时，对于制冷设备的要求也越来越高。当人们使用半导体冰箱的时候，就会发现这种冰箱比传统冰箱的耗电量更低一些，甚至可以达到20%，节能效果良好。使用半导体空调，与日常生活中使用的空调不同，而是应用于特殊场所中，诸如机舱、潜艇等等。

采用相对稳定的制冷技术，不仅可以保证快速制冷，而且可能够满足半导体制冷技术的各项要求。一些美国公司发现半导体制冷技术还有一个重要的功能，就是在有源电池中合理应用，就可以确保电源持续供应，可以超过8小时。

在汽车制冷设备中，半导体制冷技术也得到应用。包括农业、天文学以及医学领域，半导体制冷技术也发挥着重要的作用。

难点以及所存在的问题

(一)半导体制冷技术的难点半导体制冷的过程中会涉及到很多的参数，而且条件是复杂多变的。任何一个参数对冷却效果都会产生影响。实验室研究中，由于难以满足规定的噪声，就需要对实验室环境进行研究，但是一些影响因素的探讨是存在难度的。半导体制冷技术是基于粒子效应的制冷技术，具有可逆性。所以，在制冷技术的应用过程中，冷热端就会产生很大的温差，对制冷效果必然会产生影响。

(二)半导体制冷技术所存在的问题其一，半导体材料的优质系数不能够根据需要得到进一 步的提升，这就必然会对半导体制冷技术的应用造成影响。 其二，对冷端散热系统和热端散热系统进行优化设计，但是在技术上没有升级，依然处于理论阶段，没有在应用中更好地发挥作用，这就导致半导体制冷技术不能够根据应用需要予以提升。 其三，半导体制冷技术对于其他领域以及相关领域的应用存在局限性，所以，半导体制冷技术使用很少，对于半导体制冷技术的研究没有从应用的角度出发，就难以在技术上扩展。 其四，市场经济环境中，科学技术的发展，半导体制冷技术要获得发展，需要考虑多方面的问题。重视半导体制冷技术的应用，还要考虑各种影响因素，使得该技术更好地发挥作用。

半导体制冷片的使用和应用

一、正确的安装、组装方法：

1、制冷片一面安装散热片，一面安装导冷系统，安装表面平面度不大于0.03mm，要除去毛刺、污物。

2、制冷片与散热片和导冷块接触良好，接触面须涂有一薄层导热硅脂。

3、固定制冷片时既要使制冷片受力均匀，又要注意切勿过度，以防止瓷片压裂。二、正确的使用条件：

1、使用直流电源电压不得超过额定电压，电源波纹系数小于10％。

2、电流不得超过组件的额定电流。

3、制冷片正在工作时不得瞬间通反向电压(须在5分钟之后)。

4、制冷片内部不得进水。5、制冷片周围湿度不得超过80％。三、CDL1系列制冷组件使用中的注意问题：

1、当采用非专用设备检验该器件时，在工作参数下，热端的温度必须低于80℃，(含改变电流方向冷端变成热端)。在热端没有散热条件下，瞬间通电进行试验，即用手触摸制冷器的两个端面，感到有一定的热感，一面稍有冷感即可。否则由于热端温度太高，极易造成器件短路或断路，使制冷器报废。

2、在一般条件下，鉴别制冷组件的极性时可将制冷组件冷端朝上放置，引线端朝向人体方向，此时右侧引线即为正极，通常用红色表示；左侧为负极，通常用黑色，蓝或白色表示，此种极性是制冷组件工作时的接线方法。需制热时，只要改变电流极性即可。制冷工作时，必须采用直流电源，电源的绞波系数应小于10％。

3、制冷电偶对数及极限电压的识别方法，电偶对数即指PN结点的数量。例如：制冷器的型号为CDL1-12703，则127为制冷组件的电偶对数，03为允许电流值(单位安培)，制冷组件的极限电压V；电偶对数×0.11，例如：CDLl-12703的极限电压V=l27×0.11=13.97(V)。

4、各种制冷组件不论在使用还是在试验中，冷热交换时必须待两端面恢复到室温时，(一般需要15分钟以上方可进行)。否则易造成陶瓷片炸裂。

5、为了提高制冷组件的寿命，使用前应该对制冷组件四周外露PN元件进行固化处理。方法用706单组固化橡胶，均匀地涂在制冷组件四周PN元件上，不要涂在两个端面上。所涂的橡胶24小时自然固化，固化后呈乳白色有弹性的固体。固化的目的是使制冷组件电偶与外界空气完全隔离。起防潮的作用，可提高制冷组件寿命约50％。

6、在安装时，首先用无水酒精棉，将制冷组件的两端擦洗干净，均匀的涂上很蒲的一层导热硅脂：安装表面(储冷板、散热板)应加工，表面平面度不大于0.03MM，并清洗干净；在安装过程中制冷组件的冷端工作面一定要与储冷板接触良好，热端应与散热板接触良好(如用螺丝紧固，用力应均匀，切勿过度)；储冷板、散热板的尺寸大小取决于冷却方法及冷却功率大小，可视情况自行决定；为达到最佳制冷效果，储冷板和散热板之间应当用隔热材料充填，其厚度在25~30mm为宜。

7、由于压缩机系统高昂的价格，只能被极少数发烧友接受；液氮和干冰也许是骨灰级发烧友才会用到的极限利器，但是蒸发/升华速度非常快，只能带来短时间的极限效能，没有实用价值。所以选择了半导体制冷。

8、因为温度会降到零度以下，当温度与环境温度的温差超过8摄氏度时会结露，所以保温工作一定要做好。这里用到了聚氨酯保温泡沫，保温效果很好。在外面再穿一层“衣服”——环氧树脂，纯粹为了外观。如果直接给半导体制冷片通电的话会有被烧毁的危险，在测试之前，主板也要作适当的保护，防止因为温差过大而结霜或者结露。

配图网上下载，与本文无关

9、电路需要一块温控电路（就买市面上可调节温度的温控器模块），一个整流滤波电路（根据你制冷块的功率大小选择电流电压大小，当然要有风扇电源和温控器电源），一个风扇，还有一个电压极性变换电路，这个空调完全可以用汽车上的蓄电瓶带动。

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