饮水机|区别于压缩机循环的另一种热泵：半导体致冷器在哪些领域有应用水晶球|汪旭维|pvc|汪旭|盲盒世

在先前的文章中，我们介绍过以压缩机为核心的热泵在各类家电中进行制冷与制热循环的流程。这种热泵装置的优点在于有着较高的制冷与制热效率，因此广泛应用于大功率的家电产品，主要是环境电器中。但它也有一些缺点，例如需要物理性质特殊的制冷剂，其中一些可能是有毒有害化学物质;工作时各组件运动产生噪音;装置整体体积较大;温控精度较低，视环境仅能在目标温度上下浮动;制冷、制热速度较慢;能达到的极限温差较小等等。
但是在我们的生活中还有着另一种原理的热泵，它虽也有着自身的缺陷，但能够解决以上压缩机式热泵的诸多痛点。我们可能在各种地方会见到它，但没能意识到它的存在或是深究它的原理和工作流程，它就是半导体致冷器。

文章插图

半导体致冷器也称热电致冷器，是一种利用半导体的珀尔帖效应工作的热泵装置。珀尔帖效应是在1834年由法国科学家珀尔帖首先发现的，是一种在两种不同导体组成的电路之间通有直流电时，其中一端吸热、另一端放热的现象，并且会随着电流方向的不同而产生相反结果。从物理原理解释为：电荷载体在导体中运动形成电流，由于电荷载体在不同的材料中处于不同的能级，当它从高能级向低能级运动时，就会释放出多余的热量，反之，就需要从外界吸收热量(即表现为制冷)。
我们不必深究其中更具体的条件和公式，但可以知道的是，应用此原理的半导体致冷器由此获得了所有能够填补压缩机热泵缺陷的特性。包括它不需要任何制冷剂等液态热交换方式;它本身是一种固定器件，因此不产生振动、噪音等;它能够实现小而轻薄的体积;它能够通过控制电流进行精细温控;能够实现上百摄氏度的极限温差与快速的制冷、制热。
【饮水机|区别于压缩机循环的另一种热泵：半导体致冷器在哪些领域有应用】
文章插图

但作为特性如此优异的一种热泵装置，没有全面取代普及化的压缩机热泵自然也有其理由。首先是它的制冷效率较低，相对于永远大于1的制热效率（来自热量转移与高电阻发热），其制冷效率仅有压缩机原理的几分之一，并且由于它的单片规模越大效率和性价比越低，因此应用仅集中在单个数十瓦到数百瓦的功率范围内，与我们日常使用的空调冰箱等不在同一区间。

文章插图

另一个原因在于它不像压缩机原理天然能够进行较长距离的热交换，而是仅在正反面分别制造出吸热与放热效果，因此使用环境有局限。还有一个原因就是它的放热一侧热量同样需要搭配风扇、散热片，或其他主被动散热组件进行处理，否则无法产生持续的热泵效果，或是积热损伤器件本身，这个原因也导致半导体致冷器的使用寿命可能相比压缩机更低。
那么这样一种局限而娇贵，但又在特定的小功率领域能够显出其性能的热泵装置，其应用的领域在何处？自然是在一些特殊需求与小型化、低功耗的方面，例如一些专业的测试中需要较低温度(可能低至零下数十或过百摄氏度)和精确温控的场景。车载小冰箱、桌面空调、饮水机等小家电，以及时下热门的手机散热背夹上我们也常见到半导体致冷器的应用，它尤其与饮水机这种可能需要同时制冷和制热的家用电器特性十分契合。

文章插图