半导体制冷基础知识

半导体制冷片参数解释：

Imax ：制冷组件达到最大温差时的工作电流（安培）；

Vmax ：制冷组件达到最大温差时的工作电压（伏特）；

Th=30℃ ，指组件的热面温度控制在30℃；

ΔTmax：致冷组件产冷量Qc=0(W)时，热面温度Th=30℃时达到的最大温差；

Qcmax ：致冷组件温差ΔT=0℃时，热面温度Th=30℃时的最大致冷功率（瓦）；

ACRes ：致冷组件的交流内阻；

L×B×H ：长×宽×高（厚度）。

半导体制冷应用：

1 、太阳能热电空调

  大型热电空调：

大型热电制冷空调一般是指制冷量在1kW以上的装置，主要应用于潜艇、舰艇和列车上，据相关文献报道目前最大制冷量超过30 kW。潜艇、舰艇的热电制冷空调主要是单元组合式，各单元可独立运行，热端与海水或淡水进行热交换，冷端与舱室内的空气进行充分的换热，平稳运行时制冷COP可达1.1～2.1。上海交通大学研制的BK-1.5型热电空调器，由热电堆、循环水泵、海水冷却器、通风机、翅片和控制箱等组成，已成功用在潜水器上。热电制冷空调也成功应用于列车上。美国某列车热电制冷空调系统的制冷功率17kW，COP约为0.7，同时也能够用于制热。另有人开发了一套利用太阳能热电技术的汽车内空气调节系统，该系统冷端散热器直接冷却送风气流，而热端采用水循环散热：在38℃的环境温度下，制冷功率4.01 kW，COP为0.42；如果天气晴朗，车顶的太阳能电池可使空调COP提高2%。

  小型热电空调：

小型热电空调的制冷量一般在1kW以内，主要采用陶瓷绝热制冷模块和散热器结合的模式。调研有一种通过热虹吸管进行强化散热的新型热电制冷货车驾驶室空调装置，该装置采用热电材料优值系数为2.0×10 ^-3K-1 的商业单级热电制冷模块，利用汽车行驶时的压差引导气流，采用大流量、小温差、前上位送风，COP值为0.51～0.79。另有新型系统将太阳能薄膜电池与建筑采光相结合，作为热电空调的辅助能量设备，能够同时实现冬夏两季的采暖和制冷，其制冷系数夏季能够达到0.846。其结构如图4所示：

2 、半导体热水器

半导体空调热水器是基于以半导体制冷块作为核心，利用半导体制冷块的热端制热作热水器，冷端制冷作空调降温的构想来实施的。半导体制冷块夏天使用时，其制冷效率可达 1.5，而冬天使用时其致热效率可达 1.8。为了达到比较好的效果，共使用 10 片半导体制冷块。

半导体制冷块通电后一面制热，一面制冷，把半导体制冷块用于制冷，关键是做好产热端的散热，才能保证冷端温度尽可能低。制冷块在额定工作条件下，冷热的两面最大温差＞60℃。热端在理想散热条件下温度假设为 30℃，则冷端在空载的情况下可达-30℃。为了不向室外排热，采用水冷装置用于半导体制冷块热端的散热。如下图示为半导体热水器原理图：

机柜内的热水箱是循环水箱，水箱之间以软管相连用于水循环，小水箱设进水管引进自来水，因此小水箱上共有三个水阀，分别用于控制水的循环及冷水的补充。冷媒箱到冷凝器、冷凝器到冷泵、冷泵到冷媒箱的连接构成了冷媒的循环，同样采用简单的软管连接。

每块半导体制冷块安装前均要检测是否能够制冷，需注意热端没有接散热片的情况下不能通电。半导体制冷块按 1、3、5、7、9 和 2、4、6、8、10 的规律分成两组，每组各由1台12V／30A开关电源供电。先给开关电源接1只白炽灯作假负载，将输出电压调到10V，然后才能串接30A直流电流表和制冷块。分组给制冷块通电，每组电流应该在15A左右（每块制冷块在10V电压下电流约为 3A）。

3 、基于半导体制冷的消暑防护头盔

考虑到半导体制冷所拥有的微型化、小型化的特点，在个体防护设备如衣着鞋帽中应用半导体制冷技术是可行的。此为一种实用新型专利，其设计头盔结构如下图示：

设计包括帽壳体、制冷器、太阳能电池板、电源装置，其中制冷器设置在壳体上，制冷器由半导体制冷片、散热片、导冷块、风扇组成。制冷片的热端连接散热片，散热片外设散热风扇；冷段连接导冷块，导冷块外设冷气风扇，与帽体内壁冷气导管连接相通，以输送冷气。

帽壳体顶部外壁设有太阳能电池板，接有热传感器，而太阳能电池板、热传感器、制冷器都与外接电源装置相连。基于此设计，目标在于提供头盔内部凉爽低温及防护。

如下图示为头盔俯视图，包括风扇及导冷块的布置示意：

4 、其他应用

基于半导体制冷技术的特点，其在日常生活、医疗保健、军事、工农业都有着广泛应用：

1 ）日常生活领域：自制电子元件冷却装置，如使用在电脑CPU上的半导体制冷片：

2 ）医疗领域：应用于活体细胞切片的冷冻切片机，刀片的可控低温由半导体技术来实现；

3 ）实验设备—恒温金属浴：用来恒温储存样品、酶类、核酸和蛋白质的设备，应用半导体制冷技术来维持可控恒温；

4 ）军事领域：半导体制冷片被广泛的应用于冷却红外探头、激光发射器等军事设备用品。