物理演示實驗結課論文姓名：謝鵬指導老師：劉文娟基于半導體制冷片的筆記本電腦、投影儀散熱研究謝鵬(中國石油大學（華東）機電工程學院過程裝備與控制工程)摘要：針對目前筆記本電腦、投影儀采用常規風冷散熱法效率低，噪音大，機箱無法密封易造成塵土進入的問題，研究了把半導體制冷片用于筆記本電腦、投影儀散熱的一種實用方法。關鍵詞：半導體制冷片；筆記本電腦散熱；投影儀散熱；防塵；磁性液體材料密封；1 引言隨著集成電路制造技術及工藝的不斷提高，近年來，筆記本電腦、投影儀朝著微型化方向迅猛發展。但在筆記本電腦、投影儀性能不斷提高的同時也伴隨著發熱量不斷增大，防塵防水技術落后等問題，這些現象引起了業界的廣泛關注。過熱，進水，塵土堆積等原因引起筆記本電腦、投影儀損壞占很大比例。照這樣發展下去，將嚴重影響筆記本電腦、投影儀的穩定性、可靠性和使用壽命，進而阻礙筆記本電腦、投影儀技術的發展進程。目前普遍采用風冷法對筆記本電腦、投影儀進行散熱，它是在CPU芯片和投影儀燈上安裝帶有軸流風扇的散熱器，風扇旋轉強迫空氣對流帶走熱量。這種散熱方式具有結構簡單、價格低廉的優勢。但散熱能力有限，最多只能排出CPU和投影儀發熱量的60，而且無法防止粉塵進入，需要定期清理粉塵。隨著性能更強大的CPU、投影儀燈不斷推出，這種CPU、投影儀散熱方式已經接近極限能力。為使CPU、投影儀發揮最佳性能并保證其可靠性，研究實用高效的筆記本電腦CPU、投影儀冷卻方法成為科技工作者十分重要而緊迫的任務。鑒于以上原因，本文研究了利用半導體制冷器來提高筆記本電腦CPU、投影儀散熱能力的一種實用方法。2半導體制冷片2.1制冷原理半導體制冷，又稱電子制冷、溫差電制冷、熱電制冷或珀爾帖制冷等，它是利用塞貝克效應的逆效應珀爾帖效應達到制冷目的。原理是熱量轉移，當接通直流電時，半導體的冷面溫度迅速降低，而熱面溫度迅速上升，從而利用冷面的相對低溫達到降低溫度的目的。 半導體制冷原理圖2.2半導體制冷片優點 其優點是：結構簡單、體積小、重量輕、工作環境要求低、無制冷工質、無振動、無污染、啟動快、控制靈活、組裝簡單、壽命長、可靠性高、便于維修。缺點是：制冷效率低、容易因冷面溫度過低使CPU、投影儀電路板結露而導致短路故障。2.3安裝圖解半導體制冷片安裝圖2.4使用方法 按照半導體制冷片的安裝要求，除了使用導熱塊外，應先將半導體制冷片、導熱塊、散熱器及風扇預先制成部件；其中導熱塊與散熱器之間放置半導體制冷片并用四個尼龍螺絲固定。（其各個表面均需涂抹導熱硅脂。）然后才能將組件安放到CPU上。由于CPU的功耗一般在1520W左右，因此半導體制冷片不需加上全功率運行。（全功率運行時半導體制冷片吸熱過度，易引起CPU凝露。根據經驗在其上加5V電壓時功耗大約16W；偏小。加8V電壓時功耗大約30W；要另加電源。）接通直流電源后，電子由負極(-)出發，首先經過 P 型半導體，在此吸收熱量，到了 N 型半導體，又將熱量放出， 每經過一個NP 模組，就有熱量由一邊被送到另外一邊，造成溫差，從而形成冷熱端。下圖是一個致冷器的典型結構，由許多 N 型和 P 型半極體之顆粒互相排列而成， 而 N P 之間以一般的導體相連接而成一完整線路，通常是銅、鋁或其他金屬導體，最后用兩片陶瓷片像漢堡包一樣夾起來。 半導體制冷器給我們帶來散熱新概念，使CPU的溫度進一步得到控制。隨著夏日的來臨，環境氣溫的升高，超頻愛好者都想進一步改善CPU的散熱條件 半導體制冷器在通電的情況下，兩端極板會產生一定的溫差，人們正是利用它的冷凝面為CPU提供一個低溫環境。制冷倒是效果非常明顯，使用在CPU上綽綽有余。大家知道CPU工作時溫度越低越好。很多文章都談到CPU散熱是否良好是超頻能否成功的一個關鍵因素。一般通過用大風扇、涂導熱硅脂等來改善CPU的散熱條件，但這些方法都不可能使CPU的溫度低于室溫。這里談到的半導體制冷器是根據熱電效應技術的特點，采用特殊半導體材料熱電堆來制冷，能夠將電能直接轉換為熱能，效率較高。一般CPU的發熱功率大的在60W間，而制冷器的功率則大于60W，如果散熱良好，它完全可能使CPU工作在接近0甚至0以下。半導體制冷器的用途很多，可用于制作便攜冷藏/保溫箱、冷熱飲水機等。也用于電子器件的散熱。目前制冷器所采用的半導體材料最主要為碲化鉍，加入不純物經過特殊處理而成N型或P型半導體溫差元件。以市面常見的TEC1-12605為例，其額定電壓為：12v，額定電流為5A，最大溫差可達60攝氏度，外型尺寸為4X4X0.Cm，重約25克。它的工作特點是一面制冷而一面發熱。接通直流電源后，電子由負極(-)出發，首先經過P型半導體，在此吸收熱量，到了N型半導體，又將熱量放出，每經過一個NP模組，就有熱量由一邊被送到另外一邊，造成溫差，從而形成冷熱端。制冷片的安裝及使用很簡單。在安裝前，最好準備一點導熱硅脂，然后，找一節干電池，接在制冷器兩根引線上，就可感到一端明顯發涼而另一端發熱，記住引線的極性并確定好制冷器的冷、熱端。如果想得到更大的制泠量,建議采用二級制冷方式,即用兩片疊起來用,上面一塊的冷面吸收下面一塊的發熱,實驗證明二級制冷比單級效果好得多,如果有條件可以選三級的,當然要有大功率電源支持。正式安裝時，在制冷器兩端均勻涂上導熱硅脂，在CPU與散熱器之間插入制冷片，請注意先試好的冷熱面方向，冷面貼著CPU，熱面與強力的(功率越高越好)散熱片接觸。然后想法固定好三者。要注意風扇的卡子不能太短，否則會很難固定。固定好后，就可以給制冷片和風扇接上電源了(一定要注意極性)，如果你機箱電源功率小于230W，我勸你別接到機箱電源上，否則有可能因電源功率不足，造成電腦無法正常工作。推薦使用外接的12V左右的電壓，在此電壓下制冷片的制冷量和冷熱面溫差都比較合適。2.5注意事項、注意熱端的散熱。半導體制冷的熱面溫度不應超過60，否則就有損壞的可能。若在額定的工作電壓（12V）下，一般的散熱風扇根本無法為制冷片提供足夠的散熱能力，容易造成制冷片過熱損壞。同時千萬不要在無散熱器的情況下為致冷器長時間通電，否則會造成致冷器內部過熱而燒毀。2、電腦電源功率問題。制冷片的功耗可能高達70W，這樣大的負載無疑有可能會讓質量不好的計算機電源發生問題.所以請玩家使用時確認一下機箱電源是否夠用,如果不能達到制冷片的電流就會影響制冷效果,所以電源也是制冷效果的關鍵.!3、注意機箱的散熱。很顯然，制冷片在降低CPU溫度的同時，其熱端的發熱也相當大，可能導致機箱內溫度升高，影響其他部件的工作。所以要注意機箱的散熱，不妨在機箱適當位置再加一個散熱風扇。3對筆記本電腦、投影儀進行全密封的研制3.1磁性液體磁性液體旋轉軸動密封是一種非接觸式密封(即動件和靜件沒有直接接觸)，其工作原理是：由環狀永磁體，導磁極靴和導磁轉軸構成閉合磁路，利用永磁體中的磁能，在轉軸與極靴極齒頂端的齒形間隙中產生強弱相間的非均勻磁場，將磁性液體緊緊吸住，形成磁性液體“O”型密封環，把間隙堵死，從而達到密封的目的。磁性液體目前最廣泛的應用是動態密封，特別是用于封真空、封氣體或用于防塵等。例如x射線衍射儀的轉靶的真空密封、氣流分級系統的防塵泄漏等等。磁性液體密封適用領域：a.防塵密封：硬盤(hard disk)、氣流粉碎(分級)機等。b.真空密封：電子顯微鏡、電子衍射儀、CVD裝置、單晶爐、真空加熱爐等。c.氣體密封：可用于多種氣體密封的場合(如煤氣風機轉軸部位)。其它應用；直接替用：特別設計的密封連接器具有多種外形和尺寸，可以直接在多種系統中使用，替代原有裝置。特殊要求：a.對于特殊場合應用，可提供特別設計。b.可按原系統結構進行改造設計。c.可提供更大負載能力型號。d.可加水冷，滿足更高使用溫度。主要特點：a.無磨損，因為磁性液體具有液體的性質，并且由于基液具有潤滑性，所以還可起潤滑作用。b.密封度好，用于真空時可以達10-5Pa，現我們正努力實現10-7Pa的目標。c.無泄漏。磁性液體密封器件使用簡單，基本不改變原有機械結構，我們可以提供磁性液體的密封設計。3.2磁性液體在密封上的應用由上可知，利用半導體制冷器對CPU芯片、投影儀進行散熱。無疑是一種提高芯片、投影儀散熱能力的較好方法。但是半導體制冷器冷面溫度達到露點溫度時，與其緊密接觸的CPU芯片、投影儀電路板將會結露，從而產生短路危險。這個問題制約了半導體制冷器在CPU芯片、投影儀散熱方面的推廣運用。為確保空氣中所含水分不在CPU芯片、投影儀電路板表面凝析出來，我們提出了對筆記本電腦、投影儀進行全密封的方案。利用磁性液體材料填充在筆記本、投影儀外殼接縫等處，使筆記本電腦、投影儀工作時處于全密封狀態，杜絕了因有通風口而造成的塵土、水進入等問題，而且空氣中的水分無法進入，能保證CPU、投影儀電路板等的干燥，不會產生結露現象。4結語本文研究了把半導體制冷器用于CPU芯片、投影儀的散熱，提出的對筆記本電腦、投影儀進行全密封的方案，用以防止結露，是一種實用有效的方法，對確保CPU、投影儀的安全運行是非常有益的。方案除半導體制冷片的固有優點外還具有如下顯著特點：(1)控制簡單、成