半导体制冷原理发现至今已有150多年的历史,但直至上世纪50年代,半导体制冷才因发现制冷性能较好的半导体材料而得到进一步的发展。半导体制冷具有许多独特的优越性：系统简单、易于调控、冷却速度快,同时因其无制冷剂和机械转动部件,还具有无毒害、无污染和运行无噪音、无振动、无磨损等优点,随着目前人们环保意识的增强,半导体制冷愈加受到重视。论文首先根据半导体制冷原理,选择半导体制冷系统元件,建立半导体制冷实验系统。通过理论与实验研究分析了影响半导体制冷性能的两个主要因素,即半导体制冷的最优工况及热端散热强度。半导体制冷存在着两种极限工况：最大制冷量工况和最大制冷系数工况。在最大制冷量工况中,虽然得到最大的制冷量,但消耗了较大的功率,得到较小的制冷系数；在最大制冷系数工况中,虽然经济性好,耗电少,但获得的制冷量却很小。在这两种传统工况间,必定存在一个最优工况,使制冷系统既具有较大的制冷量,又消耗较小的功率,从而使综合效益达到最优,文中称之为最优工况。针对这一问题论文首先从理论上对半导体制冷的最优工况进行了分析,推导出最优工况下的最优电流计算公式；其次在两种极限工况之间选取了8组工况进行实验,经对比研究确定半导体制冷的最优工况。影响半导体制冷性能的又一重要因素为半导体热端散热强度。针对这一问题论文首先选取了风冷散热、热管散热以及水冷散热三种散热方式进行了实验研究,得出水冷散热方式下制冷效果最佳的结论。其次,在最佳散热方式即水冷散热方式下,通过改变热端散热水流量从而改变散热强度的方法,选取6组热端散热水流量,进行半导体热端散热强度的实验研究,得出热端散热强度对半导体制冷性能的影响规律。最后根据论文的实验成果,在最优工况下选取水冷散热方式对小型半导体制冷箱进行了初步设计。本文对半导体制冷系统进行了大量理论与实验研究,提出了半导体制冷的最优工况的概念,使半导体制冷系统在最优工况下工作,降低了功率及成本,提高了半导体制冷性能；同时分析了热端散热强度对半导体制冷性能的影响规律,优化了半导体制冷热端散热系统,对今后半导体制冷系统的设计研究工作具有很好的指导意义。