半導體制冷片為什麼沒有在桌面級散熱中廣泛應用?

田貴溯


半導體制冷片,為什麼沒有擁有在電腦處理器的散熱上,這因為製冷片的工作原理有關關。

雖我本人也是非常喜歡半導體制冷片的物理屬性。還曾經地想過,用半導體制冷片做一個垃圾發電筒呢!還是經過了多次的理論與實驗都發現,半導體制冷片的散熱上根本就壓不住,可以是製冷性又多好而相反的散熱上面需要多大的電量。

僅僅用半導體制冷片發的電還不如為了給散熱所用的電量多呢!這也說明了為什麼,當前的半導體制冷片只是用於小型空調與小型冰箱上面。看看圖上面的製冷片應用之後的體積的場景,如果是用於桌面級處理器的散熱上製冷效果是現在一些水冷的效果好,但是它所的需要的散熱的溫度還是要比處理器還要高,儘管再採用水冷等等的,手段給製冷片散熱的話只怕會不盡人意。

而當前半導體制冷片應用最廣就是車載冰箱上面,而車載冰箱所需要冰鎮的空間與傳統觀念上面冰箱就是較小的,而汽車上面的散熱又可以利用迎面而來的風來達到散熱的效果。

而在桌面級處理器上面是沒有這樣的天然散熱方式的,而在桌面級處理器上面沒錯半導體制冷片的製冷效果可以達到零下180度,這也是當前來說最為穩定的製冷方面的物理屬性。至少當前來說沒有任何物質具有這樣的優勢。

如果說桌面級的處理器可以在半導體制冷片的加持之下,散熱性能上面能達到空前的 。那麼好,電腦主板上面其他配件又能承受得住嗎?半導體制冷片的製冷溫度是動不動就是零下90度。而在如果說在散熱上面都要採用半導體制冷片這樣的大殺器,那麼也就意味著他是一個痴迷與電競的選手,這麼說小,他是一定會了性能而不顧主板的壽命等等的。

還有最重要的就是半導體制冷片在工作的時候會產生霧氣,而桌面級的處理器上面如果製冷片馬力全開的所產生的霧又會在處理器上產生短路等等,無言描述的損失。

是真的製冷與能源消耗不成正比啊!不論是個人還是企業都是不划算的選擇。


印象同學


圖為半導體制冷片的原理。


簡單來說,效率低,成本高,沒必要。

1.效率低

用製冷功率適合一般桌面級CPU的半導體制冷片12715來說,其製冷功率約為140W,但是本體的額定電功率卻至少高達144W,這意味著高達100%的能源浪費,同時對散熱器施加了額外100%的散熱壓力。考慮到熱面溫度過高效能下降的情況,效能會比理論計算更低。

也就是說,如果要壓制125W的TDP的cpu,本來只需要150W左右的散熱器就行,現在卻需要300W了,反而等效於降低了散熱效率。

2.成本高

即使是127對PN結的12715的成本也高達40-50元,然而非發燒級的中塔式風冷(可以承受125-250W的TDP)僅售80-150。

3.沒必要

半導體制冷的優勢在於,他可以營造一個高溫差環境來提升熱交換速率。

半導體制冷的本質相當於一個熱交換加速器,但是其本身的導熱效率是很低的,根本不能和硅脂填充的金屬直觸的導熱效率相比,之所以會用在手機散熱器上,是因為手機的背板熱交換效率非常差,而且不能使用填充劑(往手機背板塗硅脂,瘋了吧),所以需要高溫差環境來提升熱交換效率。而桌面級CPU的瓶頸在散熱面積和風量,無腦加鰭片和扇子的風量靜壓就可以提供很好的散熱效率,根本沒有必要用高溫差環境提升CPU到散熱器之間的熱交換效率。


窮Sao


讀者可以自己動手用半導體制冷片製作小冰箱嗎?可以,沒問題!

實際上,半導體制冷片在桌面級散熱中不是沒有被使用,反而在某些桌面級散熱中一直在使用,使用中還展現出了其獨特的優點;至於它在桌面級散熱中應用不夠廣泛的問題,那是因為它除了優點之外,還存在某些缺點。為了說明它的優點和缺點,以及在桌面級散熱中選用不選用它所依據的原則,最好是從半導體制冷片的工作原理說起。等大家明白了它的工作原理以後,一旦遇到需要設計桌面級散熱問題時,選不選用半導體制冷片,自然自己也就容易定奪了。

我們先考慮一個現象,使用過半導體收音機、電子管收音機、具有拉桿天線電視機的讀者都知道,用另外一個金屬體接觸它們的拉桿天線時,會聽到“卡吧卡吧”的聲音,電視屏幕上會出現明顯的干擾線條。其原因在於兩種不同的金屬或半導體之間,在相同溫度下,具有不同的自由電子密度,二者相互接觸時,簡單地說,由於自由電子密度的不同,出現了電勢高低之差,自由電子就會從密度高的一方流向密度低的一方,這種電流開始流動時會產生電流瞬變波譜,從而干擾了收音機、電視機的信號接受。其實,除了其它金屬接觸拉桿天線外,任何兩種金屬或半導體,在每個溫度下都具有特定的電勢差,這種物理現象叫作塞貝克效應。利用塞貝克效應,測量特定兩種金屬或半導體接觸點之間的電勢差,就可以知道它們接觸點位置的溫度,這種測溫用的電子元件叫作熱電偶。用於選擇構成熱電偶的金屬間組合或金屬半導體間組合的考慮因素,一般包括塞貝克係數的大小、使用的溫度範圍、塞貝克效應的線性度區間、成本等。目前常用的熱電偶包括,鐵—康銅熱電偶、鎳鉻硅—鎳硅熱電偶、鎳鉻—銅鎳(康銅)熱電偶、鎳鉻—鎳硅(鎳鋁)熱電偶、鉑銠—鉑熱電偶等。

上面說的是沒有與電源相連接的兩種金屬或半導體間的接觸;那麼如果將相互接觸的兩種金屬或半導體改為與電源正負極相連接的時候,又會是什麼樣子呢?這時候它們的接觸點會變冷或變熱,即出現接觸點吸收熱量或放出熱量的現象;如果改換與之相連接的電源極性,即改變電流流向,原來變冷的接觸點會改為變熱,原來變熱的接觸點會改為變冷,即吸熱的變為放熱,或者放熱的改為吸熱。其吸放熱的多少與金屬或半導體的種類有關,與電流的大小成正比。電致吸熱(電致冷)的現象叫作帕爾貼效應,它是在1834年由法國科學家帕爾貼首先發現的;而電致發熱(非電阻加熱)的現象叫作湯姆遜效應,與本文無關,暫不討論它。利用帕爾貼效應,可以製作出非電阻式加熱元件或電致冷元件。優化金屬或半導體間的組合,就可以獲得更佳的加熱或製冷效果。半導體制冷片就是利用這種帕爾貼效應制作出來的電致冷元件。

半導體制冷片目前被大量用於,軍事領域的導彈、雷達、潛艇等系統內紅外探測器或者紅外導航儀的冷阱;醫療衛生領域的冷力、冷合、白內障摘除片、血液分析儀等方面;在實驗室內,主要用於冷阱、冷槽、小型冷箱、低溫電子測試裝置、各種恆溫低溫實驗儀片等;在專用設備方面,包括石油產品低溫測試儀、生物化學產品低溫測試儀、細菌培養箱、低溫恆溫顯影槽,大型超級電腦等;日常生活方面,用於小型空調、小型專用冷藏箱等,據說有位單身狗自己動手用半導體制冷片製作了一臺自用的小型冰箱放在自己的桌子上。

半導體制冷片的優點是,無冷媒,環保無汙染;全部部件無旋轉,無滑動,無振動,無噪聲,長壽命,易安裝;即可製冷,更換電源正負電極極性就可以制熱,而且制熱效率永遠大於製冷效率(因為電流流過產生的焦耳熱對制熱可以起到加強作用,而對於製冷卻多多少少扯了點後腿);因為半導體制冷屬於電能與熱能之間的直接轉化,可以通過控制電流來高精度地控制溫度,再加上溫度測控電路,很容易實現遙控、程控、自動控制;半導體制冷片熱慣性小,製冷制熱都非常快,甚至一分鐘之內就可達到最大溫差;半導體制冷片還可以逆向使用,進行中低溫區溫差發電;半導體制冷片允許積木式連接,通過串聯或並聯,製冷功率能夠在毫瓦級到萬瓦級之間任意組合;半導體制冷片的製冷溫度範圍寬,可以在在正90℃到負130℃之間任意精確調節。

半導體制冷片的缺點與其優點一樣,都十分鮮明,因此限制了它的廣泛應用。半導體制冷片在開始使用前,熱端溫度必須低於80℃,否則開始工作後熱端溫度會繼續升高,以致造成器件短路或斷路,使其報廢;必須使用直流電源,波紋係數應小於10%;半導體制冷片在作製冷制熱交換使用時,兩端面必須先降到室溫(大約在15分鐘以上)方可轉換電源極性,否則陶瓷片可能會炸裂。

如果讀者購買半導體制冷片進行手工製作時,可按照使用說明書的指導實施操作;其中需要注意是,散熱板、儲冷板與半導體制冷片之間導熱薄層粘接,以及散熱板與儲冷板之間隔熱材料填充。

下面三張照片分別是半導體制冷片以及帶有散熱片與儲冷板的半導體制冷片、用半導體制冷片製作的寵物空調箱。





梁瑞林


效率太低,只適合小功率,大功率成本太高,你散熱100W需要200W輸入,總功耗就是300W,一臺電腦假設是500W功耗,那麼你用半導體散熱總功耗就是1500W,兩小時就是三度電誰家用的起,普通散熱功耗也就10W,差了100倍的能效,哪個弱智用這玩意


魅力小婷姐她二哥


半導體制冷片也叫熱電偶,因為其獨特的電-熱轉換特性,在很多行業有著非常廣泛的應用。但是由於能量守恆定律,半導體制冷片一個工作面的製冷量和另一個工作面的發熱量是相等的,製冷的同時它同樣散發出同樣大的熱量,同樣需要大功率的及時散熱才能保證其工作面的製冷工作,所以它不能被廣泛運用於需要散熱的工作環境。


生在河北


半導體制冷片也需要消耗電力來製冷,但其本身也需要散熱,在一般場合下,如此一來整這半導體制冷片有何意義,還不如直接在傳熱散熱上下功夫


曼陀羅華198861432


很簡單,因為半導體制冷片功率太低,根本壓不住cpu


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