穆江勃，卢菡涵，刘志奇，闫献国，徐昌贵

(1.太原科技大学机械工程学院，太原030024;2.北京工商大学机械工程学院，北京100048)

1 引言

半导体制冷技术是基于帕尔贴效应的一种新型制冷方式，它具有体积小、无污染、易于控制的特点。目前在医学上的应用较为广泛，如:PCR仪、电泳仪及一些智能精确温控的恒温仪培养箱等，因此对半导体制冷恒温箱的研究具有一定的实用价值。本文通过对半导体制冷及传热原理的研究，最终确定出一套恒温箱的设计理论及方法，对以后该类恒温箱的进一步设计与批量生产提供理论指导及技术支持。

2 半导体制冷原理

早在1834年，法国物理学家帕尔贴发现帕尔贴效应——两个不同导体接通后，通上直流电，在接头处产生吸热或放热现象，这就是半导体制冷原理。如图1所示，通上直流电源后，在上面的接头处，电流由n型半导体流向p型半导体，也就是由负温差电势流向正温差电势，由低能级流向高能级，就会从外界吸收能量，因此成为冷端，温度降低;相反，在下面的接头处，电流是从p型半导体流向n型半导体，释放能量，形成热端，温度升高。

图1 半导体制冷原理图

3 恒温箱结构设计

基于半导体制冷原理，对医用恒温箱进行结构设计。初步确定该试验箱的体积为8L，室温为30℃ (303K)，假定在半个小时内能从室温降到0℃ (273K)，即温度下降为ΔT=30K。

(1)壳体隔热层的理论计算

壳体采用不锈钢来制作，选取钢板厚度σ1=0.2mm，隔热层采用聚氨酯发泡剂发泡来形成，聚氨酯泡沫塑料具有容重强度高、质轻、使用寿命长、导热系数低、低温或高温尺寸稳定性好的特点，因此采用聚氨酯泡沫塑料做隔热层是很好的选择。……