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半导体制冷技术及其应用

摘要：制冷，是使某一空间或物体的温度降到低于周围环境温度，并保持在规定

低温状态的一门科学技术，它随着人们对低温条件的要求和社会生产力的提高而

不断发展。半导体制冷技术就是人们对制冷技术的一次有益探索。半导体制冷器

件的工作原理是基于帕尔帖原理，与传统的制冷技术相比有独特的优势。半导体

制冷技术的发展大致经历了温差电流现象和温度反常现象、热电发电和热电制冷

进入工程实践、半导体的热电制冷的性能进一步开发热电制冷的应用领域三个阶

段。半导体制冷推动了制冷技术的发展，解决了许多特殊场合的制冷难题，具有

独特的优点。在信息、国防、工业、农业、商业、医疗和日常生活等领域都获得

广泛应用。

关键词：半导体制冷、温差效应、技术特点、应用。

正文：人们在人类历史的的发展长河中，在一年四季气候的变化中就在不停寻找、

探索制冷的方法和技术。而当今制冷的方法和技术不仅用在家电行业的冰箱、小

型旅行电冰箱、冷暖饮水机、空调等家用电器；还可用于低温医疗器具(冰帽、

冰垫、冰刀、白内障摘除器)，当然其最重要的应用是在信息技术领域，另外在

导弹、卫星、雷达等国防重点工程也有应用；与现行的压缩式制冷或吸收式制冷

方式相比，半导体制冷是靠电子在运动中直接传递热量来实现的，具有一系列优

点，是近年来国际上迅速发展的一项高新技术，在国内只有极少数企业初步掌握

该项技术，特别是在信息产业领域里的应用非常少见。

一、半导体制冷简介及其技术优势

电子制冷也叫温差制冷、热电制冷或半导体制冷，是根据法国物理学家珀尔

帖发现的珀尔帖效应的基础上发展起来的人工制冷技术。半导体电子制冷是近年

来国际上迅速发展的一项高新技术，其原理是利用半导体材料的温差效应，当直

流电通过两种不同的半导体材料串联成的电偶时，在电偶的两端即可分别吸收热

量和放出热量，如果在放热端安装散熟装置，吸热端就能通过热量输运制成简单

的新型制冷器，利用这一原理，利用半导体材料的热电特性，就能制成一个温度

变化范围为一50～800摄氏度，工作容积可大可小，具有冷藏、降温、恒温等功

能，并能实现温度逐点控制的制冷器。

电子制冷与现行的压缩式制冷或吸收式制冷方式相比，半导体制冷是靠电子

(空穴)在运动中直接传递热量来实现的，因而有如下优点：(1)它没有压缩机和

介质管道等机械制冷环节，无机械传动部件，结构简单，没有机械磨损，因此，

它无噪声、冷熟转换快、操作简单、可靠性高、寿命长，能在任意位置中正常工

作；(2)它无任何化学制冷剂，不会释放任何其他有害物质，因此无环境污染，

清洁卫生；(3)它是固体化电子器件，热电堆可以任意排布、大小形状皆可根据

需要改变，占有空间小，可小型化，微型化，致冷加热可互易。(4)通过改变工

作电流的大小来调节制冷速度和制冷温度，控制灵活；调节电压或电流时，易于

实现高精度的温控，即使频繁通断电，也不影响工作质量和使用寿命。

二、技术特点

新型环保电子制冷核心器件采用性能优良的半导体热电制冷材料

P_Bi2Te3．Sb2Te3、N—Bi2Te3．Bi2Se3准三元合金，它们具有较好的优值系数：

在半导体制冷及热交换方面取得了重大突破，使半导体制冷系统的转换率提高了

50％以上，产品的能源消耗低。可根据不同场合及不同需要自行调节温度，不需

要任何制冷剂，具有环保、节能、便捷的功效。这种半导体制冷技术具有以下特

点：

1、利用特种半导体材料组成PN结进行制冷(或制热)，体积小、重量轻、寿

命长、无噪音。

2、无机械运动、制冷迅速，便于组成各种结构、形状的制冷器。

3、制冷量可在mw级．kw级变化，制冷温差可达20—150℃范围。

4、由于无气体工质，不会污染环境，是一种真正的绿色制冷器。新型环保

电子制冷核心器件是适应于当前能源结构紧张的一种节能环保的产品，不需要运

用压缩机和氟里昂，该产品在安徽省信息产业厅进行检测，其优值系数已经达到

5．6，比同类产品的优值3高的多。

半导体制冷符合人们在特种场合的需要，由于具备很多的优点、应用广泛，因此，

在目前的制冷行业中占有越来越重要的地位。有着十分广阔的前景。

三、国内外现状和技术发展趋势

从半导体制冷的发展历史来看，半导体制冷技术大致经历了三个阶段。第一

个阶段是指自塞贝克和珀尔帖先后发现温差电流现象和温度反常现象，进行热电

发电和热电制冷的研究到20世纪50年代，由于使用的金属材料的热电性能较差，

能量转换的效率很低，无实用价值，热电效应没有得到实质应用。第二阶段是2