前些天和同实验室的同学聊天，无意间聊到了饮水机如何制冷的问题。要说也是，这东西一来价钱不算太贵，二来耗电也不算太大，不大可能是用压缩机，那么是用什么方式让水降温？于是google之，赫然发现用的是半导体制冷，原理就是所谓的帕耳帖效应。原来这东西跟业余天文用CCD的制冷是一个道理，于是连忙去翻实测天体物理的讲义……
帕耳帖效应其实是诸多热电效应的一种，算是Seebeck效应（也就是温差电效应）的逆过程。Seebeck效应是在两种导电材料的接合处通过温差来产生电压，帕耳帖效应就是让施加有电压的两种导电材料产生温差。具体计算也很简单，如下式所示：
其中是产热率，I是电流，
指两种导体的帕耳帖系数，物理意义是单位电流在某种材料中携带的热流数量。由于两种材料连接处电流连续而帕耳帖系数不连续，此处就会有热量的积累或是损失。通过改变电流的方向，就可以决定让设备产热或是制冷。
其实帕耳帖效应的发现不算晚，是在1834年。当年的发现者John-Charles-Athanase Peltier用的是铜线与铋线组成热电耦，不过现在出于效率的考虑，一般还是选择半导体材料，一端连接P型半导体，一端连N型，如今在小电器里用得遍地开花的应该就是它了。通常前者的帕耳帖系数为正，后者为负，这样就可以保证相对系数较大，增大热流进而是增大所产生的温差。
帕耳帖效应发现者、法国自然科学爱好者Peltier（1785 - 1845）
半导体热电耦示意
该效应的物理解释？可参考下图，电流可以归为电子的运动。在不同的导电材料中，电子所处能级并不相同。若从低能级运动至高能级，就需要将部分动能转化为势能，速度降低。微观运动速度是温度的表征，表现在宏观上，就是温度的下降。反之则是温度升高。在下图中，红绿色区域分别表示不同的材料，电子在绿色部分能级较低，红色部分能级高，因此电流从绿色流至红色时，在接合处就是降温区（上），由红至绿的接合点则为升温区（下）。至于Seebeck效应与帕耳帖效应的关系，其实就是帕耳帖系数等于Seebeck效应中温差与温差电动势的乘积。
对于天文CCD应用，号称是将多个热电耦组成热电堆，多堆合用可以做到摄氏零下70余度。当然这纯粹是掉书袋地一说，照搬实测天体物理学讲义的说法，不清楚实际情况如何，至少对于本人曾经使用过的SBIG ST7型CCD来说，最低是降到过零下20度上下，应付教学足矣，对于科研应用却有些过高。
不过对于日常用途，这帕耳帖效应真可谓优点多多，首先是环保，绝无氟利昂泄露之忧，也基本上没有恼人的噪音。当然还有结构的可靠性，因为本身没有什么可移动的部件，只是简单电路而已，制作维护也都方便。另外成本低廉也是其一大好处，电效应饮水机要比配有压缩机的饮水机便宜得多就是明证。不过由于该效应效率低、制冷速度慢，并不适合追求大面积或是高速的场合。
话说不知道有没有什么利用帕耳帖效应设计的日用品问世，比如做成椅垫，用开关控制电流方向来决定是产热还是制冷，冬夏使用皆宜，如此岂不妙哉？
还真没拆过饮水机，哈哈，盘管换热？可以同时制热制冷的系统？
其实我也没拆过，只是google到了这么一个原理，也不复杂，就发来了
估计制冷制热就取决于靠近电路哪一端了，还要请业内人士来解答具体电路设计
曾经流行的半导体制冷片？貌似以前DIY达人们经常提到这东西，不过现在好像被导热管代替了，貌似散热效率还是不高啊。
导热管的事情不清楚，不过根据搜索结果来看，现在不少饮水机还是用半导体制冷片的
以前貌似是听说过有人用制冷片折腾电脑的……
热管是被动散热，制冷片是主动散热。
目前制冷片的主要问题是效率低下，电脑中温度已经是个问题，制冷片虽然可以降低局部的温度，但是自身消耗的功率会极大的提高机箱内部的温度直接增加了系统的不稳定性，所以制冷片很快就退出了电脑的diy舞台。
而且温差越大效率越低，比如说把一个5摄氏度的物体降到0摄氏度需要5瓦功耗，降到—5度可能就要20瓦的功耗。
热管和这个半导体制冷都是一边冷一边热，本质上都是传导热量的，都需要在发热的一端增加散热装置，但是用电的肯定会另外发热，最后还是增加了机箱内的热量。
以前见过用热管连接到机箱外面，再用一个半米高的散热器被动，完全的无噪音运行，类似的设计半导体制冷也行，但是又有可能会结露，更加麻烦。
"另外成本低廉也是其一大好处，电效应饮水机要比配有压缩机的饮水机便宜得多就是明证。"
事实这种说法是错误的，单个制冷量的成本半导体则要高得多。
补充一点，半导体制冷只适合一些特定的装备上，比如航天、军事及医疗设备等等，原因是可以不计成本且可靠性高。
有，高档红酒恒温酒柜。三星好像有一款，这种恒温柜不会有压缩机的震动。