文 献 综 述

1 研究背景简介

半导体制冷又可以称为温差电制冷,是以帕尔帖效应等为基本原理的制冷技术。帕尔帖效应原理早在十九世纪的时候就被发现了,从二十世纪下半叶才开始应用于实际的研究才有所发展。发展到现在,热电制冷技术在许多领域都得到了实际应用^[1]。

由于环境问题日益严重，传统的制冷冰箱对大气，人的健康等都产生了不好的效应, 所以现在研究环保型制冷冰箱变得非常重要，这也是国家在能源类一直强调的重要体现。在寻找替代传统含氯制冷剂的同时,人们也在一直致力于新的制冷方法的研究。半导体制冷与传统制冷方法最大的区别就是没有制冷剂作为冷媒，也没有复杂的机械设备和管路系统，只需电源就可以工作^[2]。其主要的优点是外形尺寸小、重量轻、无摩擦、无噪声、不会有因为制冷剂漏出到环境中而引起的污染问题，也不需要经常修理。但随着热电技术的发展，制冷效率的提高，制冷片的热端产生的热量也越来越大，对散热器的散热性能要求也越来越高了^[3] 。

半导体制冷技术的基本原理是:塞贝克效应、汤姆逊效应、帕尔帖效应、焦耳热效应和傅里叶导热效应。帕尔帖效为半导体制冷技术中最为重要的,所以又称半导体制冷为帕尔帖制冷^[4]。

2 半导体制冷的散热现状

白晓亮等在半导体制冷的散热与热管散热器的设计的研究中提出：如果想要提高半导体制冷的制冷效率,除了制冷片材料和生产工艺因素影响外,主要取决于制冷片的散热情况和传热方式^[5]。由于半导体制冷器的散热量等于制冷量Q与输入功率P之和,所以,提高制冷效率重点要解决散热问题^[6]。

而在何燕,聂宏飞,张洪兴，金文，Bansal PK等的半导体冰箱冷热端散热条件实验研究中提出通常半导体制冷器的散热方式有以下几种:(l)自然对流散热^[7]（2）强迫对流散热^[8]（3）水冷散热^[9]（4）利用物质的熔化潜热散热^[10]（5）热管散热^[11]（6）利用某些物质的汽化潜热散热^[12]。用实验采集数据的方法来研究安装有热管散热器的半导体制冷冰箱，研究通过的电流、风机的电压等对半导体冰箱制冷性能的影响，获得数据，进行分析，然后得出结论。分析影响半导体制冷冰箱制冷效果的因素^[13]。

胡洪,黄虎,张奕等在散热方式影响半导体制冷效率的实验研究中得出：通过几种散热方式对半导体制冷片热端散热效果的比较 , 证明了可通过改善传热条件来提高半导体的制冷效率，强迫传热有利于提高制冷效率^[14]。

TERASAKI I,SASAGO Y,Uchinokura K.等在半导体制冷热端热管式散热器的研究中提出半导体制冷散热强度对制冷效果的影响：通过对半导体制冷热电偶进行传热分析，得到了半导体制冷性能与热端散热强度之间的微分方程。在第三类边界条件下对微分方程进行数值计算和求解得出了散热强度对制冷性能影响的曲线^[15]。由此得出：如果增加散热强度,热电制冷的性能则会更好，然后趋于缓慢。从实际应用方面考虑,半导体制冷过程中存在最佳热端散热强度。所以，在实际应用中应该合理的优化热端散热设计和改进热端散热系统^[16]。