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，主要用于潜艇、船舶、火车上。根据相关文献，目前最大制冷量超过30 kW。潜艇和舰船的热电制冷空调主要是机组组合，各机组可以独立运行。热端与海水或淡水换热，冷端与舱内空气换热。平稳运行时制冷系数可达1.1 ~ 2.1。上海交通大学研制的BK-1.5热电空调由热电堆、循环水泵、海水冷却器、风扇、翅片和控制箱等组成。它已被用于潜水器。热电制冷空调也成功应用于火车上。美国一列火车的热电制冷空调系统，制冷功率17kW，COP约为0.7，也可用于制热。还有人利用太阳能热电技术开发了一套汽车空调系统。系统冷端散热器直接冷却送风气流，热端散热器利用水循环散热:环境温度38℃时，制冷功率4.01 kW，COP 0.42；如果天气晴朗，屋顶的太阳能电池可以使空调的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的组合方式。研究了一种利用热虹吸管强化散热的新型热电制冷卡车驾驶室空调装置。该装置采用热电材料优值系数为2.0×10-3K-1的商用单级热电制冷模块，利用车辆行驶时的压差转向流量，采用大流量、小温差、前上送风，COP值为0.51 ~ 0.79。此外，新系统将太阳能薄膜电池与建筑照明相结合，作为热电空调的辅助能源设备，可同时实现冬夏两季制热制冷，夏季制冷系数可达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为核心，利用半导体制冷块的热端加热热水器，利用半导体制冷块的冷端冷却空调的思想。半导体制冷块夏季使用时，制冷效率可达1.5，冬季使用时，热效率可达1.8。为了达到更好的效果，使用了10个半导体制冷块。

半导体制冷块通电后，加热和冷却同时进行。使用半导体制冷块制冷的关键是做好产热端的散热工作，保证冷端温度尽可能低。在额定工况下，制冷块冷、热侧的最大温差> 60℃。假设理想散热条件下热端温度为30℃，空载条件下冷端可达-30℃。为了不将热量排到室外，半导体制冷块的热端采用水冷装置散热。下图是半导体热水器的原理图:

柜内热水箱为循环水箱，通过软管连接进行水循环，小水箱设有进水管引入自来水。所以小水箱上有三个水阀，分别用来控制水循环和补充冷水。制冷剂罐与冷凝器、冷凝器与冷泵、冷泵与制冷剂罐的连接构成制冷剂的循环，也采用简单的软管连接。

安装前要测试每个半导体制冷块是否能制冷，要注意热端没有散热片不能通电。半导体制冷块按照1、3、5、7、9和2、4、6、8、10的规则分为两组，每组由12V/30A开关电源供电。在开关电源上接一个白炽灯的假负载，调节输出电压到10V，然后串联30A直流电流表和制冷块。给制冷块分组通电，每组电流应为15A左右(10V时每个制冷块的电流为3A左右)。

3.基于半导体制冷的防暑降温防护头盔

考虑到半导体制冷小型化、微型化的特点，将半导体制冷技术应用于服装鞋帽等个人防护装备是可行的。本实用新型为专利，其设计的头盔结构如下:

该设计包括罩壳、冰箱、太阳能电池板和供电装置，冰箱安装在罩壳上，由半导体制冷片、散热片、冷却导块和风扇组成。制冷片的热端连接有散热片，散热片外设置有冷却风扇；冷段与冷导块连接，冷导块上设有冷气扇，冷气扇与帽体内壁上的冷气导管连接，输送冷气。

帽子顶部外壁设有太阳能电池板，太阳能电池板与热传感器连接，太阳能电池板、热传感器和冰箱均与外接电源装置连接。基于这种设计，目标是在头盔内部提供凉爽和低温以及保护。

以下是头盔的俯视图，包括风扇和冷却块的布局:

4.其他应用

基于半导体制冷技术的特点，它广泛应用于日常生活、医疗、军事、工业和农业:

1)日常生活:自制电子元器件冷却装置，如计算机CPU中使用的半导体制冷片；

2)医学领域:用于活体细胞切片的冷冻切片机，刀片的可控低温通过半导体技术实现；

3)实验设备——恒温金属浴:用于恒温保存样品、酶、核酸和蛋白质的设备，应用半导体制冷技术保持可控恒温；

4)军事领域:半导体制冷片广泛用于冷却红外探头、激光发射器等军事装备。