利用半导体制冷技术制作冰敷袋应用与前景分析

陈乖乖 李文晖 周源东 张子默 岳泽龙

【摘要】强调了半导体制冷在制冷剂广泛应用的今天的重要性，介绍了半导体制冷技术的基本原理，分析其在冰敷袋市场的开发与应用的情况，指出利用半导体制冷技术制作冰敷袋这类环保节能产品在环境日益恶化的未来将会有更大的发展空间。

【关键词】半导体

冰敷袋

制冷技术

绿色环保

半导体制冷因其无制冷剂，对环境无害的特点成为研究热点。半导体制冷无机械运动部件，运行平稳无噪声，结构紧凑。制冷器件可做成多种形状，适应性好，冷热端转换便捷，方便调节。众所周知，冰敷具有防肿止痛消炎等功效。传统材料一般为冰水混合物，冰棒，冷水，化学冰袋等，这些材料的使用具有时效性，工作时间一般较短，频繁更换冰敷袋不够方便，且无法调节温度实现冷热装换。综上，将半导体制冷技术应用于冰敷袋市场无疑是非常具有创意和经济效益的一项举措。

1技术介绍

初步设想利用半导体制冷技术的冰敷袋装置包括外层结构和内胆结构，内胆结构上设置有半导体制冷片。半导体制冷片设置在内胆结构的表面，内胆结构上开有填料孔，通过填料孔向内胆结构中添加中草药剂。外层结构与皮肤接触面上安装有振动按摩片。外层结构与皮肤接触面相反的一面上设置有拉链，用以更换内胆结构;所述该面上还设置有网格散热区。本产品使用半导体制冷片到达制冷冰敷效果，既可重复使用，又节能环保;同时在内胆结构中可添加中草药剂，又能起到保健的作用。

2应用

2.1半导体制冷器件

目前国内常用材料是以碲化铋为基体的三元固溶体合金，其中P型是Bi2Te3-Sb2Te3，N型是Bi2Te3-Bi2Se3，采用垂直區熔法提取晶体材料。

2.2利用半导体制冷技术制作冰敷袋的成本

（1）半导体制冷器件的成本。半导体制冷器件的成本在利用半导体制冷技术制作冰敷袋的成本中占很大比例，解决这一问题在于半导体制冷技术的进一步提高，其关键在于如何以较低的成本使半导体材料的优值系数得到进一步的提升。

（2）半导体制冷冰敷袋组件成本。要将电流导人半导体中，并考虑制冷端与冰敷袋填充物完美结合以及散热端热量快速散出，这就涉及到散热器、电缆、控制器、接线盒等多个装置的设计选型。在一个小空间范围内，要实现冷热隔离及冷热两端适宜的散热，将使技术难度加大。

（3）半导体制冷冰敷袋生产成本。由于国内还未规模化应用，这方面缺乏相关规范，需要在生产实践中总结。生产的时候需要技术人员掌握半导体材料特性的基本知识。

（4）半导体制冷冰敷袋的推广成本。

2.3利用半导体制冷技术制作冰敷袋的收益

一是通过半导体制冷将电能转化为热能用于冰敷袋，可进行冷敷热敷随意转换，温度可调，具有实用性、方便性、多功能性且隐藏着很大的经济效益与商机，尤其在美容器具和养生行业。其环保节能，解决冰敷袋一次性使用及制冷剂污染等问题;二是政府补贴。政府的支持很大程度影响了该项技术的发展;三是这种新型产品可带起一场养生潮流，这种经济效益也是可观的。

2.4设计半导体制冷技术制作冰敷袋需注意的几个问题

（1）实现制冷需要五部件：制冷片+散热器+硅脂+隔热垫+电源，现在市面上的该五部件组合起来的整体体积相对于冰敷袋来说还是过于庞大，不易于和冰敷袋结合。可考虑采用电源与袋体分离的模式，在制冷片上安装小型震动器，调节震动频率，使其制冷均匀，同时起到按摩作用。

（2）如何进行恒温控制，研究半导体冷热端的温度变化关系和范围，将其控制在适宜的可调控范围内，可考虑采用恒温系统，半导体制冷片作为恒温控制系统的执行部件，运用模糊PID控制算法实现温度快速、稳定、精确控制。

（3）冷热端分别如何与冰敷袋内部与外部结合，与人体接触部分材料的选取，冰敷袋内部填充物的选取，可考虑在冰敷袋内部可加入相关中草药成分，袋身采用透气防水材料，使中草药等有益成分释放出来，与人体接触部分选用软硅胶，同时袋身设置更换袋内成分的孔口。模仿普通供电热水袋的供热部分安装模式安装半导体制冷装置。

（4）从整个半导体材料行业来看，半导体材料的优值系数始终无法得到进一步的提升是阻碍其发展的主要原因，关于冷热端散热系统的优化设计仍停留在理论阶段，同时半导体制冷技术对于其他领域或相关领域中的相关技术使用太少。随着市场的需求不断提升和科学技术的发展，需要考虑因素也在日渐增多。

3展望

随着节能和环保的需要，由于半导体制冷不同与其他制冷剂会产生环境污染，我国各个领域正在逐渐利用半导体制冷技术。全国乃至全世界都在强调绿色环保，绿色产品在能源日趋紧张的未来将会越来越有发展空间。这体现在衣食住行的各个方面，环保节能已经被越来越多的群体定为首要条件，对环境产生污染的产品已经渐渐退出人们的生活，被社会淘汰，有些制冷剂甚至被国家强制取缔。“环保”、“节能”、“低碳”、“绿色”、“无污染”等字眼越来越抢眼，常说环保从小事做起，不起眼的冰敷袋无疑也值得进行环保改造。