半導體制冷技術在小型恒溫箱的應用

摘要：隨著經濟的迅速發展以及科學技術水平的不斷提高，我國的空調技術取得了一定程度上的進步，為國民經濟的發展以及人民生活水平的提高做出重要貢獻。然而，在目前狀況下，市場上普遍使用的空調仍然是壓縮式制冷空調，這種空調雖然起到了一定的制冷效果，但同時也帶來了一系列的問題，其中尤以環境問題較為突出，這也對空調技術更深層次的發展造成阻礙。針對這種情況，人們開始關注半導體制冷的研究。本文主要針對半導體制冷技術在小型恒溫箱的應用進行研究與分析。

關鍵詞：半導體制冷技術； 小型恒溫箱； 應用

1.國內外研究概況

就我國而言，對于半導體制冷技術的研究最早開始于上世紀50年代末60年代初，愛60年代中期，我國的半導體材料研究取得了一定程度的進步，所研究的半導體材料的性能已經能夠與國際水平相符合。然后，從上世紀60年代末期開始到80年代初期，這段時間是我國半導體制冷片技術發展的關鍵時期，在這這一時期之內，我國的半導體制冷技術研究取得了關鍵性的突破，主要表現在兩個方面：一方面，半導體制冷材料的優值系數得到了一定程度上的提高；另一方面，就半導體制冷技術的應用方面而言，其應用層次更深，應用范圍也更為廣泛。

2.工作原理分析

在半導體制冷技術當中，有一個核心材料，即半導體制冷片，它又被稱作為熱點制冷片。其優點主要表現為半導體制冷片之中不含有滑動部件，且無制冷劑污染的場合。但是也存在著一定程度上的缺陷，主要表現為應用在一些空間會受到相應的限制。一般情況下，半導體制冷片的工作運轉主要是通過直流電流為其進行供電，因此，它可以達到制冷以及加熱的雙重效果，而這一效果的主要是通過對直流電流的極性進行一定程度上的改變來進行有效實現的。對于一個單片制冷片而言，它主要是由兩片陶瓷片組成，在陶瓷片的中間存在著相應的N型與P型的半導體材料。半導體制冷片之所以能夠有效的運行，主要是通過以下的原理實現的：將一塊N型半導體材料與一塊P型半導體材料進行一定程度上的聯結，這樣一來，就形成了電偶對，當有直流電在這一電路中進行流通時，就會發生一定程度上的能量轉移，電流從N型半導體材料流入到P型半導體材料的接頭，并對熱量進行一定程度的吸收，成為冷端；而當電流從P型半導體材料流入到N型半導體材料的接頭并釋放能量，就形成了熱端。

3.原理方案設計及工藝流程

半導體制冷不需要制冷劑，所以不需要考慮破話壞臭氧層問題；由于沒有運動構件，噪音非常小而且體積也很小。由于這兩方面的突出優點，我們這里利用了半導體芯片，熱交換器、隔熱箱、風扇安裝了小型恒溫箱。

①芯片安裝：芯片安裝對一塊半導體芯片進行一定程度上的使用；為了對冷熱端斷路進行有效的防止，在芯片的外圍通過運用隔熱板來達到隔熱效果；散熱板的安裝。

②電路接線：芯片接線與風機采用并聯形式，由電源直接進行一定程度的供電。除此之外，對無級調節電壓進行了有效運用，這樣一來，就可以根據溫度的變化來對電壓的高低進行一定程度的調節。

③外殼安裝：外殼主要使用泡沫封裝，只留封口和引線位置。尺寸是200mmX150mmX150mm3、用保溫棉保溫，同時在機箱外殼之上對散熱裝置進行了有效的設置。

4.半導體制冷系統的功能及特點分析

將半導體制冷技術應用于小型恒溫箱之中，形成了一種新型的空調系統，較之于傳統的功能系統，這種新型空調系統表現出較大的優越性，其特點主要表現在如下幾個方面：

（1）在這一制冷系統當中，不再需要任何制冷劑，且當系統處于運行狀態之中，具有較強的連續性。同時，正是不需要任何制冷劑，使得這一系統沒有污染源、沒有相應的旋轉部件，這樣一來，就不會產生回轉效應，進而對減震抗噪的效果起到一定的促進作用。除此之外，這種制冷系統使用壽命較長，且安裝過程簡單方便。

（2）這一新型制冷系統中有效運用了半導體制冷片，因此能夠對制冷與加熱兩種效果進行有效的實現。根據相關實踐表明，這一系統的制冷效率一般不高，但在制熱方面，系統發揮出十分高的效率，永遠大于1.因此，只需要對一個片件進行有效的使用，就能夠對分立的加熱系統以及制冷系統進行一定程度上的替代。

（3）半導體制冷片是電流換能型片件，通過對輸入電流進行一定程度上的控制，就可以對溫度進行有效的控制，且這種控制能夠達到高精度的要求。除此之外，再加之溫度的檢測與控制手段，就能夠進一步對遙控、程控以及計算機控制進行有效的實現。這樣一來，這一系統的自動化程度也得到了較大程度上的提升。

（4）對于半導體制冷片而言，它具有相對較小的熱慣性，因此制冷系統的制冷、制熱時間相對較快，在熱端散熱良好冷端空載的情況下，通電不到一分鐘，制冷片就能達到最大溫差。

（5）一般情況下，對于單個制冷元件而言，它難以發揮出很大的功率，但如果將之進行一定程度上的組合，使其成為一個電堆，用同類型的電堆串、并聯的方法組合成制冷系統的話，就可以對其系統進行有效的擴大。正是因為這一原因，制冷系統的功率的范圍非常大，既能是幾毫瓦，也能是上萬瓦。

5.結束語

本文主要針對半導體制冷技術在小型恒溫箱的應用進行研究與分析。首先對國內外的研究狀況進行了一定程度上的介紹，然后在此基礎之上闡述了制冷系統的工作原理。最后重點分析了半導體制冷系統的功能及特點。希望我們的研究能夠給讀者提供參考并帶來幫助。

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