半导体致冷器 实物图
参数表
△Tmax ℃为最大温差值，Th：为热面温度，Qcmax为最大致冷功率。
1、半导体致冷也叫温差电致冷是利用半导体材料的温差电效应——即珀尔帖效应来实现致冷的一门新兴技术。 如果把不同极性的两种半导体材料（P型、N型），联接成电偶对，通过直流电流时就发生能量的转移；电流由N型元件流向P型元件时便吸收热量，这个端面为冷面，电流由P型元件流向N型元件时便放出热量，这个端面为热面。如图所示：
2、温差电致冷的优越性
a、体积小重量轻，具有致冷和加热两种功能：改变直流电源的极性，同一致冷器可实现加热和致冷两种功能。
b、精确温控：使用闭环温控电路，精度可达+-0.1oC。
c、高可靠性：致冷组件为固体器件，无运动部件，因此失效率低。寿命大于二十万小时。
d、工作时无声：与机械制冷系统不一样，工作时不产生噪音。
e、可使用常规电源：致冷器对电源要求不高。可使用一般直流电源，工作电压和电流可在大范围内调整。12V额定电压，实际可使用到8V-14V，开关电源和变压器电源均可，波纹系数在10%以内。
f、可实现点致冷：可只冷却一专门的元件或特定的面积。
g、具有发电能力：若在致冷组件两面建立温差，则可产生直流电。
3、性能参数与曲线
a、反映组件的热电性能的主要参数是最大温差电流，最大温差、最大致冷功率和最大温差电压。
b、最大温差电流（Imax）指的是热面温度27oC，冷面无热负荷，致冷组件能达到最大温差时的工作电流，单位A。
c、最大温差（ Tmax）指的是热面温度27oC，冷面无热负荷时，组件能达到的最大温差，单位oC，此时致冷组件在最大温差电流Imax工作。
d、最大致冷功率（Qcmax）指的是热面温度27oC，致冷组件在冷面能吸收的最大热负荷，单位W，此时致冷组件在最大温差电流Imax工作。
e、最大温差电压（Vmax）指的是热面温度27oC，冷面无热负荷时，致冷组件在最大温差电流Imax工作时的电压，单位V。TEC1-12704温差电致冷组件在几种热面温度时的特性曲线见图C
4、半导体制冷应用成功的关键是散热
A、一块60W左右的制冷片体积只有40×40×5mm，重20g。如图(1),冷热面最大温差可达60oC以上。由于冷热两面的温差在60oC左右。两面间距在4mm，其制冷效果的好坏有几点关键之处，这里综合多年生产、应用情况，总结一、二，供广大朋友借鉴。
如图（2）是半导体制冷应用的典型应用核心装置结构图。当通以一定电压的直流电时，芯片就会一面发热，一面制冷。制冷片一面通过传冷块向A部空间吸收热量，另一面通过散热器将从A部吸收的热量传送到B部空间。由于向B部空间传递的热量除从A部吸收的处，还有半导体自身的电阻热效应等，所以热功率大于电功率。
要达到理想的制冷散热效果，除选用合适的电压电流外，热端还要有良好的散热条件，冷热两面冷热中和达到最小（即零）。这就要求，两面之间完全隔离，两接触面热阻小。为此，（1）两面产生的热量要及时传递；（2）要A、B两个空间温差达到冷片两面温差，就是要设法减小温度梯度。（3）要使A空间温度低，就要设法降低B空间散热器温度。（4）制冷空间要有良好的绝热封闭性。
具体方法：
1、安装中首先对制冷芯片进行一次性发泡成型。或先用绝热硅胶灌封后，再一次性发泡成型（如图3），以减少两面之间的芯片内冷热中和（业余条件下用绝热胶灌封后再加泡沫板隔离）。2、冷热两传导接触面除要进行平整、光洁外，还要加涂优质导热硅脂。3、连接冷热两块的紧固螺钉，要进行绝热处理，减少热中和。4、选用优质传导材料，采用挤压成型法（增大密度）制作传冷块及散热片。5、尽可能的增大传冷块，散热器面积。6、制冷状态下，对B空间散热器采用风冷或水冷辅助散热。
B、若用水冷散热方式将获得更好的效果。
采用热交换器水冷散热，结构如图，将制冷片与热交换器开槽面吻合而形成热交换循环水道，由于散热面直接与水接触，因而热面温度梯高较小，而长的循环水道保证冷却水得以充分利用，同时，自身的阻力作用也限制了冷却用水量，具体联接方式如图，将制冷片与热交换器、传冷板由夹板螺丝固定后，再在致冷片与热交换器接合四边滴胶封闭以免漏水， 在致冷片与致冷板接合面间涂导热硅酯。
目前，尚有利用热管作为散热器散热，利用热超导的原理散热效好。
[1995]
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