半導(dǎo)體制冷與應(yīng)用技術(shù)論文
隨著我國(guó)技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體制冷技術(shù)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用起來。這是學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的半導(dǎo)體制冷技術(shù)論文，僅供參考!
半導(dǎo)體制冷技術(shù)論文篇一：《淺談半導(dǎo)體制冷技術(shù)的研究現(xiàn)狀及前景》
摘要：目前節(jié)能和環(huán)保已經(jīng)成為衡量一種新技術(shù)的基本標(biāo)準(zhǔn)，半導(dǎo)體制冷技術(shù)被譽(yù)為是21世紀(jì)的綠色“冷源”，它的發(fā)展具有廣闊的空間和重大的意義。本文介紹了半導(dǎo)體制冷技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀、工作原理以及影響其制冷效率的因素;提出了提高其制冷效率的有效途徑;總結(jié)了半導(dǎo)體制冷技術(shù)的應(yīng)用與前景。
關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體制冷 研究現(xiàn)狀 制冷效率 應(yīng)用與前景
引 言
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，全球能耗劇增，能源資源幾近危機(jī)，想要降低能耗，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，研究和開發(fā)新型的環(huán)境友好型技術(shù)就成為了必須。半導(dǎo)體制冷起源于20世紀(jì)50年代，由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、通電制冷迅速，受到家電廠家的青睞。但是由于當(dāng)時(shí)局限于材料元件性能的不足而沒有普遍使用。近年來，科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展，半導(dǎo)體制冷器件的各個(gè)技術(shù)難題逐步攻破，使半導(dǎo)體制冷的優(yōu)勢(shì)重新顯現(xiàn)出來，廣泛應(yīng)用于軍事、航空航天、農(nóng)業(yè)、工業(yè)等諸多領(lǐng)域。
1、半導(dǎo)體制冷國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
從國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)研究來看，半導(dǎo)體制冷技術(shù)的理論研究已基本成熟。隨著半導(dǎo)體物理學(xué)的發(fā)展， 前蘇聯(lián)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所約飛院士發(fā)現(xiàn)摻雜的半導(dǎo)體材料 ， 有良好的發(fā)電和制冷性。這一發(fā)現(xiàn)引起學(xué)者們對(duì)熱電現(xiàn)象的重視， 開啟了半導(dǎo)體材料的新篇章， 各國(guó)的研究學(xué)者均致力于尋找新的半導(dǎo)體材料。2001年，Venkatasubramanian等人制成了目前世界最高水平的半導(dǎo)體材料系數(shù)2.4。宜向春等人又對(duì)影響半導(dǎo)體材料優(yōu)值系數(shù)的因素進(jìn)行了詳細(xì)的分析。指出半導(dǎo)體材料的優(yōu)值系數(shù)除與電極材料有關(guān)，也與電極的截面和長(zhǎng)度有關(guān)， 不同電阻率和導(dǎo)熱率的電極應(yīng)有不同的幾何尺寸， 只有符合最優(yōu)尺寸才能獲得最大優(yōu)值系數(shù)的半導(dǎo)體制冷器。
2、半導(dǎo)體制冷的工作原理
半導(dǎo)體制冷又稱熱電制冷，系統(tǒng)僅包括冷熱端、電源、電路等設(shè)備。P型半導(dǎo)體元件和N型半導(dǎo)體元件構(gòu)成熱電對(duì)，熱電對(duì)兩端均有金屬片導(dǎo)流條。如圖1所示：當(dāng)電流流經(jīng)熱電對(duì)時(shí)，就會(huì)發(fā)射帕爾貼效應(yīng)，電流在上端由N流向P，溫度降低形成冷端，從外界吸熱;電流在下端有P流向N，溫度升高形成熱端，向外界放熱。
3、半導(dǎo)體制冷效率的影響因素
半導(dǎo)體制冷的研究涉及傳熱學(xué)原理、熱力學(xué)定律以及帕爾貼效應(yīng)， 還要考慮多種因素， 同時(shí)影響半導(dǎo)體制冷的各種因素都是相輔相成的， 不是獨(dú)立的。所以半導(dǎo)體制冷的研究一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)， 但也面臨諸多難點(diǎn)，其中影響其制冷效率主要有兩個(gè)基本因素：
(1) 半導(dǎo)體材料優(yōu)值系數(shù)Z
半導(dǎo)體制冷的核心部件是熱電堆，熱電堆的半導(dǎo)體制冷材料熱電轉(zhuǎn)換效率不高，是半導(dǎo)體制冷空調(diào)器效率較低的主要原因。決定熱電材料性能優(yōu)劣的是優(yōu)值系數(shù)Z 。若要半導(dǎo)體制冷效率達(dá)到機(jī)械制冷效率水平，制冷材料優(yōu)值系數(shù)必須從3。5×10-3 1/K升高到13×10-3 1/K。如圖2 給出了不同優(yōu)值Z時(shí)，半導(dǎo)體制冷與機(jī)械式制冷制冷系數(shù)的比較結(jié)果。
(2) 半導(dǎo)體制冷裝置熱端散熱效果的影響。
熱電堆熱端的散熱效果是影響熱電堆性能的重要因素。實(shí)際應(yīng)用的半導(dǎo)體制冷裝置總要通過熱交換器與冷、熱源進(jìn)行不斷的熱交換才能維持工作。而熱端散熱比冷端更為關(guān)鍵，如若設(shè)制冷器冷端散熱量為Q1，熱端散熱量為Q2，系統(tǒng)工作消耗的電功為W0。
顯然，Q2=Q1+W0
4、提高半導(dǎo)體制冷效率的途徑
制冷效率低成為半導(dǎo)體制冷最大的不足，這限制了半導(dǎo)體制冷的推廣和應(yīng)用。為了提高半導(dǎo)體制冷的效率，就要從上文所介紹的兩個(gè)影響因素入手，找出有效的解決方法。
(1)尋找高優(yōu)值系數(shù)Z的半導(dǎo)體材料：研制功能性非均質(zhì)材料、方鈷礦的研究、帶量子空穴的超晶格研究。
(2)優(yōu)化設(shè)計(jì)半導(dǎo)體制冷熱端散熱系統(tǒng)，以保證熱端的散熱處于良好的狀態(tài)。
5、半導(dǎo)體制冷應(yīng)用與前景
隨著低溫電子學(xué)得到迅速的發(fā)展， 在多種元器件和設(shè)備冷卻上， 半導(dǎo)體制冷有獨(dú)特的作用。 采用半導(dǎo)體制冷技術(shù)， 對(duì)電子元件進(jìn)行冷卻， 能有效改善其參數(shù)的穩(wěn)定性， 或使信噪比得到改善， 從而提高放大和測(cè)量裝置的靈敏度和準(zhǔn)確度。 半導(dǎo)體制冷器可以用直接制冷方式和間接制冷方式來冷卻電子器件和設(shè)備。
為了解決石油資源匱乏的問題，部分車輛使用天然氣、乙醇作為燃料，但與使用汽油相比，汽車空調(diào)運(yùn)行比較困難。半導(dǎo)體制冷空調(diào)冷熱一體，獨(dú)立運(yùn)行，可直接利用車輛直流電源，因而系統(tǒng)簡(jiǎn)單，且與車輛具有很好的兼容性，因此半導(dǎo)體制冷在汽車領(lǐng)域內(nèi)有較好的發(fā)展前景。
千瓦級(jí)以上的半導(dǎo)體制冷空調(diào)成本比壓縮制冷空調(diào)成本要高的多。但百瓦級(jí)的小型空調(diào)裝置的成本與壓縮制冷空調(diào)的成本相差不大，且無制冷劑、調(diào)控方便、無噪音等特點(diǎn)，用于某些特殊的小型空間非常方便;而十瓦級(jí)的微型空調(diào)裝置的成本則遠(yuǎn)低于壓縮制冷裝置，在電子設(shè)備冷卻、局部微環(huán)境溫度控制方面，具備壓縮制冷裝置無法替代的優(yōu)勢(shì)，使中小型半導(dǎo)體制冷空調(diào)器進(jìn)入民用領(lǐng)域成為可能。
在半導(dǎo)體制冷技術(shù)的應(yīng)用中，需要因地制宜，根據(jù)不用的使用要求，設(shè)計(jì)出不用的性能，以拓展該技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，可以堅(jiān)信，半導(dǎo)體制冷技術(shù)的未來會(huì)發(fā)展得越來越好，越來越廣?！?/p>
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半導(dǎo)體制冷技術(shù)論文篇二：《試談半導(dǎo)體制冷專利技術(shù)》
摘 要：半導(dǎo)體制冷是一種可應(yīng)用于多種領(lǐng)域的制冷技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、可靠性強(qiáng)、制冷迅速、操作簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)高精度的溫度控制、無環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)。本文主要介紹半導(dǎo)體制冷的相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、整理以及分析，總結(jié)該技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠夹g(shù)的特點(diǎn)、現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì)，通過獲取國(guó)內(nèi)外該領(lǐng)域的專利申請(qǐng)情況，簡(jiǎn)要分析半導(dǎo)體制冷技術(shù)的研究進(jìn)展。
1、概述
熱電制冷是具有熱電能量轉(zhuǎn)換特性的材料，在通過直流電時(shí)具有制冷功能，由于半導(dǎo)體材料具有最佳的熱電能量轉(zhuǎn)換性能特性，所以人們把熱電制冷稱為半導(dǎo)體制冷。由于其結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、可靠性強(qiáng)、制冷迅速、操作簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)高精度的溫度控制、無環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，半導(dǎo)體制冷的應(yīng)用范圍滲透到各個(gè)行業(yè)，尤其在制冷量不大，又要求裝置小型化的場(chǎng)合，更有其優(yōu)越性，甚至在某些方面，有著壓縮式無法替代的能力。
本文主要介紹半導(dǎo)體制冷的相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、整理以及分析，總結(jié)該技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠夹g(shù)的特點(diǎn)、現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì)，通過獲取國(guó)內(nèi)外該領(lǐng)域的專利申請(qǐng)情況，簡(jiǎn)要分析半導(dǎo)體制冷技術(shù)的研究進(jìn)展。
2、半導(dǎo)體制冷原理
半導(dǎo)體制冷是利用半導(dǎo)體材料組成P-N結(jié)，通過兩端施加直流電進(jìn)行制冷， 將電能直接轉(zhuǎn)化為熱能的技術(shù)。
載流子從一種材料遷移到另一種材料形成電流，而每種材料載流子的勢(shì)能不同。因此，為了滿足能量守恒的要求，載流子通過結(jié)點(diǎn)時(shí)，必然與其周圍環(huán)境進(jìn)行能量的交換。能級(jí)的改變是現(xiàn)象的本質(zhì)，這使構(gòu)成制冷系統(tǒng)成為可能。
如圖1把一只P型半導(dǎo)體元件和一只N型半導(dǎo)體元件聯(lián)結(jié)成熱電偶，接上直流電源后，在接頭處就會(huì)產(chǎn)生溫差和熱量轉(zhuǎn)移。在上面的接頭處，電流方向是N →P，溫度下降并吸熱，這就是冷端。而在下面的接頭處，電流方向是P→N，溫度上升并放熱， 因此是熱端。
3、專利技術(shù)現(xiàn)狀分析
半導(dǎo)體制冷由于應(yīng)用范圍很廣泛，除主要用于制冷、通風(fēng)及溫度控制的系統(tǒng)外，其他領(lǐng)域的涉及也很多。因此主要在VEN數(shù)據(jù)庫、CNABS數(shù)據(jù)庫里通過半導(dǎo)體制冷、熱電制冷、溫差電制冷的關(guān)鍵詞進(jìn)行專利文獻(xiàn)的分析，以上述所有的專利文獻(xiàn)為研究對(duì)象，其中VEN中的文獻(xiàn)11666篇，CNABS中的文獻(xiàn)5214篇。
3.1 全球申請(qǐng)量的年度發(fā)展趨勢(shì)
由圖5中可以看出，從1970年起半導(dǎo)體制冷的專利申請(qǐng)逐年相對(duì)穩(wěn)定增長(zhǎng)，我國(guó)應(yīng)用半導(dǎo)體制冷的第一件專利申請(qǐng)出現(xiàn)在1987年。世界范圍內(nèi)在1970年～1988年這段時(shí)間申請(qǐng)量較少，1988年以后，申請(qǐng)量開始逐年穩(wěn)定增長(zhǎng)。近兩年的時(shí)間里，隨著半導(dǎo)體制冷材料的不斷改進(jìn)，半導(dǎo)體制冷技術(shù)正處于一個(gè)快速發(fā)展的時(shí)期，并且由于半導(dǎo)體制冷技術(shù)存在著一些缺點(diǎn)和不足，還有很大發(fā)展的空間，從圖中也可以很明顯看出，半導(dǎo)體制冷領(lǐng)域的專利申請(qǐng)大部分都在中國(guó)，可見我國(guó)對(duì)于該領(lǐng)域給予了很高的重視。
3.2 國(guó)家和地區(qū)分布
圖6示出世界范圍內(nèi)半導(dǎo)體制冷領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)量按國(guó)家和地區(qū)的分布情況。從圖6可以看出中國(guó)的專利申請(qǐng)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他各個(gè)國(guó)家，占據(jù)了全部專利申請(qǐng)量的42%，處于世界的領(lǐng)先地位。其次是美國(guó)、日本和歐洲其他發(fā)達(dá)國(guó)家。
3.3 中國(guó)申請(qǐng)專利分析
3.3.1 各領(lǐng)域分布情況
半導(dǎo)體制冷的應(yīng)用分類號(hào)的前五名為：F25B21+、F24F5+、F25D11+、G05D23+、H01S3+，其中前三個(gè)分類號(hào)為制冷、冷卻、空氣調(diào)節(jié)、通風(fēng)相關(guān)領(lǐng)域，G05D23/00為溫度的控制，H01S3/00為激光器，可見除制冷、溫度控制等專業(yè)領(lǐng)域外，半導(dǎo)體制冷在激光器的冷卻應(yīng)用可以達(dá)到比較好的效果。另外，由于半導(dǎo)體制冷可應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，針對(duì)行業(yè)應(yīng)用情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如下圖所示：
3.3.2 主要申請(qǐng)人
表1示出了在華申請(qǐng)量前20名的申請(qǐng)人，大部分為高校和研究所申請(qǐng)，還包括部分公司申請(qǐng)及個(gè)人申請(qǐng)。
可見，我國(guó)的半導(dǎo)體制冷領(lǐng)域大部分還停留在理論研究階段，尚未發(fā)展成熟?？梢灶A(yù)見對(duì)半導(dǎo)體制冷領(lǐng)域的研究將越來越深入，也會(huì)逐步的將其應(yīng)用于產(chǎn)品中。
3.4 國(guó)外專利申請(qǐng)分析
3.4.1各領(lǐng)域分布情況
如圖8所示，在世界范圍內(nèi)，半導(dǎo)體制冷領(lǐng)域多應(yīng)用于電學(xué)類，其次為機(jī)械、照明、加熱，由于半導(dǎo)體制冷在制冷量不大，又要求裝置小型化的場(chǎng)合有著明顯的優(yōu)勢(shì)，因此在電學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用最廣也是可以預(yù)見的，從此也可以看出世界范圍內(nèi)的發(fā)展已經(jīng)達(dá)到了比較成熟的程度，可以將其廣泛的應(yīng)用于最適合的領(lǐng)域。
3.4.2 主要申請(qǐng)人
表2示出了世界范圍內(nèi)申請(qǐng)量前20名的申請(qǐng)人，大部分為外國(guó)企業(yè)申請(qǐng)，且日本申請(qǐng)占據(jù)大多數(shù)?？梢?，在世界范圍內(nèi)半導(dǎo)體制冷領(lǐng)域已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于實(shí)際應(yīng)用中，而雖然我國(guó)的申請(qǐng)量占據(jù)大多數(shù)，但整體實(shí)用價(jià)值不明顯。但是，現(xiàn)在正是我國(guó)半導(dǎo)體制冷技術(shù)發(fā)展的高峰期，隨著技術(shù)的不斷完善，將其大量的應(yīng)用于實(shí)踐也是必然的趨勢(shì)。
4、小結(jié)
中國(guó)是一個(gè)能耗大國(guó)，如何能降低能耗，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，研究和開發(fā)具有環(huán)境友好型的技術(shù)就成為一種必須。半導(dǎo)體制冷作為一種新興發(fā)展起來的制冷技術(shù)，是一種具有良好前景的制冷方式。由于半導(dǎo)體制冷具有清潔、無噪音污染和有害物質(zhì)排放、壽命長(zhǎng)、堅(jiān)固、可靠性高、穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)點(diǎn)，符合綠色環(huán)保要求，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。目前，我國(guó)的半導(dǎo)體制冷領(lǐng)域正處于快速發(fā)展的階段，應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)該領(lǐng)域的研究，我國(guó)企業(yè)也應(yīng)加大創(chuàng)新力度，完善優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體制冷的普遍應(yīng)用。
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半導(dǎo)體制冷技術(shù)論文篇三：《全自動(dòng)太陽能半導(dǎo)體制冷儀制冷》
【摘 要】 太陽能半導(dǎo)體制冷技術(shù)是在半導(dǎo)體制冷技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項(xiàng)新型制冷技術(shù)，其理論基礎(chǔ)是熱電制冷原理。由于其無需制冷劑，無噪音，無污染等優(yōu)勢(shì)，加上常規(guī)能源短缺和太陽能源的開發(fā)利用優(yōu)勢(shì)，使得太陽能半導(dǎo)體制冷技術(shù)受到越來越多的相關(guān)學(xué)者關(guān)注，并取得很大程度的突破。本文從提高太陽能半導(dǎo)體制冷儀制冷效率的目的出發(fā)，針對(duì)影響其制冷性能的幾個(gè)問題進(jìn)行分析和實(shí)驗(yàn)研究。
【關(guān)鍵詞】 太陽能 半導(dǎo)體 制冷儀
隨著社會(huì)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們?cè)絹碓阶⒅厣钇焚|(zhì)，空調(diào)作為近代工業(yè)上發(fā)展起來，現(xiàn)如今無論是民用還是工業(yè)上都有廣泛運(yùn)用。由于廣泛應(yīng)用的氟利昂制冷工質(zhì)對(duì)臭氧層有極大的破壞作用，尋求氟利昂的替代工質(zhì)是大勢(shì)所趨。太陽能半導(dǎo)體制冷是利用太陽能電池產(chǎn)生的電能來驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體制冷裝置，實(shí)現(xiàn)熱能傳遞的特殊制冷方式，其工作原理主要是光伏效應(yīng)和帕爾貼效應(yīng)。本小組希望制作小型的、環(huán)保全自動(dòng)太陽能半導(dǎo)體制冷儀，為環(huán)保型制冷儀的制作拓寬思路。
1 太陽能供電系統(tǒng)
利用太陽能原理發(fā)電的系統(tǒng)主要由太陽能電池組、太陽能控制器、蓄電池三部分組成。太陽能電池輸出為直流電，如需將其給家用電器供電，還需要配置逆變器，將輸出電壓轉(zhuǎn)為為220V常用交流電。
太陽能電池板：太陽能電池板是整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)中的與太陽能接觸最為緊密的部分，也是發(fā)電系統(tǒng)中最為核心的部分，既能將太陽的熱輻射轉(zhuǎn)化為電能，也能將吸收的太陽能輸送至蓄電池中儲(chǔ)存起來，還可以直接對(duì)負(fù)載進(jìn)行供電使其工作。太陽能發(fā)電系統(tǒng)整體水平的高低很大程度上就由這塊電池板決定。市面上太陽能電池板的售價(jià)根據(jù)功率的大小有幾十到幾百不等的規(guī)格，用戶可以根據(jù)自己的需要進(jìn)行選擇。
太陽能控制器：太陽能控制器最主要的功能就是控制電路對(duì)蓄電池的充電以及對(duì)負(fù)載的供電，依據(jù)太陽能電池板電能的輸出大小，合理有效地調(diào)整電路的開關(guān)狀態(tài)，使整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到最佳配置。當(dāng)蓄電池充滿或是負(fù)載過重時(shí)，控制器自動(dòng)跳電，起到過電保護(hù)的作用。太陽能控制器目前常見的有12V、24V、220V這幾個(gè)標(biāo)稱電壓等級(jí)。
蓄電池：常用為鉛酸電池，也可用鎳氫電池或鋰電池。用戶在進(jìn)行系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)中可以選擇不同電壓等級(jí)的蓄電池，通常為DC12V和DC24V，其作用是在有光照時(shí)將太陽能電池板所發(fā)出的電能儲(chǔ)存起來，到需要的時(shí)候再取出，給負(fù)載供電。
由于在自然界中，太陽不同于煤炭等資源，人們一般難以對(duì)其進(jìn)行有效控制。太陽的光照時(shí)間和強(qiáng)度都是不定的，所以如果單純用太陽能進(jìn)行供電，當(dāng)雨季來臨時(shí)，負(fù)載會(huì)因電源電能耗盡無法工作而成為一堆廢鐵。為此，作者建議在選擇利用太陽能作為系統(tǒng)電源進(jìn)行主供電時(shí)，不妨選擇電能等可控能源作為輔助電源，在無日照的情況下，仍可對(duì)蓄電池進(jìn)行充電或是直接給系統(tǒng)供電，從而達(dá)到既節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境，又能提高系統(tǒng)運(yùn)行效率、降低系統(tǒng)的成本。
2 太陽能制冷儀制冷片構(gòu)造說明
隨著半導(dǎo)體材料的發(fā)展，1960年出現(xiàn)了半導(dǎo)體制冷器，它是由半導(dǎo)體所構(gòu)成的一種冷卻裝置。半導(dǎo)體制冷器對(duì)材料的要求比較高，要同時(shí)具備N型和P型兩種半導(dǎo)體特性，還要根據(jù)需要摻入雜質(zhì)來改變半導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢(shì)率、導(dǎo)電率和導(dǎo)熱率，從而使這種特殊半導(dǎo)體能作為制冷的材料。[1]我們現(xiàn)在在中國(guó)可以見到的半導(dǎo)體常用材料是以碲化鉍為基體的三元固溶體合金。在碲化鉍中混合不純物之后經(jīng)過一系列的特殊處理制成N型或P型半導(dǎo)體溫度差原件，其中Bi2Te3―Sb2Te3的是P型，Bi2Te3―Bi2Se3的是N型。下圖1是半導(dǎo)體制冷器的簡(jiǎn)單示意圖。
半導(dǎo)體制冷器中有許許多多的P型和N型顆粒，它們之間相互緊密排列，并且與普通的導(dǎo)體，比如銅、鋁等金屬導(dǎo)體相連接，形成通路，接著在外面夾上兩片陶瓷片，將其包裹起來，對(duì)陶瓷片也有一定的要求，首先是絕緣性好，其次是導(dǎo)熱性好。
另外，半導(dǎo)體制冷元件具有其他材料制成的制冷片所不具有的一些優(yōu)勢(shì)：(1)環(huán)保無污染，不破壞生態(tài)，不產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)。(2)半導(dǎo)體制冷器件功率低，量小質(zhì)輕，適合人們對(duì)微型化的需求。(3)不受失重、超重影響。(4)只要交換電源接向，就能切換制冷與制熱模式。(5)無壓縮機(jī)，有效解決由于泵振動(dòng)帶來的噪聲影響。
因?yàn)檫@些優(yōu)勢(shì)，半導(dǎo)體制冷技術(shù)在低溫生物學(xué)、超導(dǎo)技術(shù)、低溫外科學(xué)、低溫電子學(xué)、通訊技術(shù)、紅外技術(shù)、激光技術(shù)、以及空間技術(shù)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。[2]
3 太陽能制冷儀工作原理
在熱電效應(yīng)的基礎(chǔ)上形成的半導(dǎo)體制冷技術(shù)被稱為熱電制冷，也叫做溫差制冷。目前，市場(chǎng)上有許多種制冷的方法，常見的有：液化氣體制冷、氣體膨脹制冷、渦流管制冷和熱電制冷這四種。熱電效應(yīng)的理論基礎(chǔ)是固體的熱電效應(yīng)，包括塞貝克效應(yīng)，帕爾貼效應(yīng)，湯姆遜效應(yīng)，焦耳效應(yīng)以及傅里葉效應(yīng)五個(gè)效應(yīng)。其中前三種效應(yīng)是電和能的相互轉(zhuǎn)化，且可逆，后兩種效應(yīng)是熱的不可逆效應(yīng)。
一個(gè)P型半導(dǎo)體元件與一個(gè)N型半導(dǎo)體元件結(jié)合，組成熱電偶對(duì)，熱電偶對(duì)是半導(dǎo)體制冷器的基本器件。P型材料缺少電子，電勢(shì)為正;N型材料富余電子，電勢(shì)為負(fù)。當(dāng)電子從P型端穿過PN結(jié)點(diǎn)到達(dá)N型端時(shí)，電子能量，并且增加的能量等于PN結(jié)點(diǎn)消耗的能量。
將熱電偶連接成閉合回路，接上直流電源通電后，上面接頭的電流方向是N-P，此時(shí)溫度降低，并且吸熱，形成冷端，而下面接頭的電流方向是P-N，此時(shí)溫度則上升，并且放熱，形成熱端。
把若干對(duì)半導(dǎo)體熱電偶對(duì)在電路上串聯(lián)起來，而在傳熱方面則是并聯(lián)的，這就構(gòu)成了一個(gè)常見的制冷熱電堆。接上直流電源后，通過借助各種傳熱器件，就能使熱電堆的熱端不斷散熱，并保持一定的溫度，再把熱電堆的冷端放到工作環(huán)境中去吸熱，從而產(chǎn)生低溫，達(dá)到制冷。這就是熱電制冷的工作原理。[3]
4 太陽能制冷儀應(yīng)用面臨的問題
在我們研究太陽能半導(dǎo)體制冷儀的過程中，為了進(jìn)一步了解太陽能半導(dǎo)體制冷箱的性能方面的影響，還遇到了一些問題，例如：
(1)由于非穩(wěn)態(tài)的太陽能半導(dǎo)體制冷儀，在不同的光照和環(huán)境溫度條件下，工作效率不同。所以如果能夠研究在不同條件下，這兩者以及其他因素對(duì)制冷箱制冷性能的影響，能將太陽能半導(dǎo)體制冷儀制冷情況更進(jìn)一步反映出來，更能為其實(shí)際應(yīng)用提供很好的依據(jù);
(2)由于人體對(duì)環(huán)境感知不如儀表測(cè)量明顯，所以筆者建議可以在實(shí)驗(yàn)電路中串聯(lián)一個(gè)靈敏電表，實(shí)時(shí)反映太陽能輻射強(qiáng)度變化時(shí)，通過監(jiān)控參數(shù)變化、用計(jì)算機(jī)模擬生成的辦法，進(jìn)一步弄清制冷箱的制冷情況;
(3)根據(jù)數(shù)字電子控置理論方面的知識(shí)，為太陽能半導(dǎo)體制冷儀提供可靠高效的數(shù)控裝置，確保太陽能半導(dǎo)體制冷裝置的高效率運(yùn)行。
筆者相信隨著科技的發(fā)展，太陽能半導(dǎo)體制冷儀這一新型產(chǎn)品，必然會(huì)像電子計(jì)算機(jī)一樣，能走進(jìn)千家萬戶，走進(jìn)大眾生活，成為人民日?；顒?dòng)中不可缺少的一部分。
參考文獻(xiàn)：
[1]唐春暉.半導(dǎo)體制冷――21世紀(jì)的綠色“冷源”[J].半導(dǎo)體技術(shù)，2005，30(5)：32～34.
[2]YAO J C Semiconductor refrigeration and its application[J].Electronic Engineer，1998，1：46～48(in Chinese)
[3]WANG S J Development of small refrigerator uses the semiconductor refrigeration piece[J].Experimental Science And Technology，2005，10：173～174(in Chinese).
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