高階製冷技師職稱論文格式***2***

　　高階製冷技師職稱論文篇二

　　全自動太陽能半導體制冷儀制冷研究

　　【摘 要】 太陽能半導體制冷技術是在半導體制冷技術的基礎上發展起來的一項新型製冷技術，其理論基礎是熱電製冷原理。由於其無需製冷劑，無噪音，無汙染等優勢，加上常規能源短缺和太陽能源的開發利用優勢，使得太陽能半導體制冷技術受到越來越多的相關學者關注，並取得很大程度的突破。本文從提高太陽能半導體制冷儀制冷效率的目的出發，針對影響其製冷效能的幾個問題進行分析和實驗研究。

　　【關鍵詞】 太陽能 半導體 製冷儀

　　隨著社會發展和經濟的發展，人們越來越注重生活品質，空調作為近代工業上發展起來，現如今無論是民用還是工業上都有廣泛運用。由於廣泛應用的氟利昂製冷工質對臭氧層有極大的破壞作用，尋求氟利昂的替代工質是大勢所趨。太陽能半導體制冷是利用太陽能電池產生的電能來驅動半導體制冷裝置，實現熱能傳遞的特殊製冷方式，其工作原理主要是光伏效應和帕爾貼效應。本小組希望製作小型的、環保全自動太陽能半導體制冷儀，為環保型製冷儀的製作拓寬思路。

　　1 太陽能供電系統

　　利用太陽能原理髮電的系統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，將輸出電壓轉為為220V常用交流電。

　　太陽能電池板：太陽能電池板是整個發電系統中的與太陽能接觸最為緊密的部分，也是發電系統中最為核心的部分，既能將太陽的熱輻射轉化為電能，也能將吸收的太陽能輸送至蓄電池中儲存起來，還可以直接對負載進行供電使其工作。太陽能發電系統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根據功率的大小有幾十到幾百不等的規格，使用者可以根據自己的需要進行選擇。

　　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蓄電池的充電以及對負載的供電，依據太陽能電池板電能的輸出大小，合理有效地調整電路的開關狀態，使整個系統達到最佳配置。當蓄電池充滿或是負載過重時，控制器自動跳電，起到過電保護的作用。太陽能控制器目前常見的有12V、24V、220V這幾個標稱電壓等級。

　　蓄電池：常用為鉛酸電池，也可用鎳氫電池或鋰電池。使用者在進行系統模擬實驗中可以選擇不同電壓等級的蓄電池，通常為DC12V和DC24V，其作用是在有光照時將太陽能電池板所發出的電能儲存起來，到需要的時候再取出，給負載供電。

　　由於在自然界中，太陽不同於煤炭等資源，人們一般難以對其進行有效控制。太陽的光照時間和強度都是不定的，所以如果單純用太陽能進行供電，當雨季來臨時，負載會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電源進行主供電時，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，仍可對蓄電池進行充電或是直接給系統供電，從而達到既節約能源、保護環境，又能提高系統執行效率、降低系統的成本。

　　2 太陽能製冷儀制冷片構造說明

　　隨著半導體材料的發展，1960年出現了半導體制冷器，它是由半導體所構成的一種冷卻裝置。半導體制冷器對材料的要求比較高，要同時具備N型和P型兩種半導體特性，還要根據需要摻入雜質來改變半導體的溫差電動勢率、導電率和導熱率，從而使這種特殊半導體能作為製冷的材料。[1]我們現在在中國可以見到的半導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後經過一系列的特殊處理製成N型或P型半導體溫度差原件，其中Bi2Te3―Sb2Te3的是P型，Bi2Te3―Bi2Se3的是N型。下圖1是半導體制冷器的簡單示意圖。

　　半導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，並且與普通的導體，比如銅、鋁等金屬導體相連線，形成通路，接著在外面夾上兩片陶瓷片，將其包裹起來，對陶瓷片也有一定的要求，首先是絕緣性好，其次是導熱性好。

　　另外，半導體制冷元件具有其他材料製成的製冷片所不具有的一些優勢：***1***環保無汙染，不破壞生態，不產生有毒有害物質。***2***半導體制冷器件功率低，量小質輕，適合人們對微型化的需求。***3***不受失重、超重影響。***4***只要交換電源接向，就能切換製冷與制熱模式。***5***無壓縮機，有效解決由於泵振動帶來的噪聲影響。

　　因為這些優勢，半導體制冷技術在低溫生物學、超導技術、低溫外科學、低溫電子學、通訊技術、紅外技術、鐳射技術、以及空間技術等領域具有廣泛的應用。[2]

　　3 太陽能製冷儀工作原理

　　在熱電效應的基礎上形成的半導體制冷技術被稱為熱電製冷，也叫做溫差製冷。目前，市場上有許多種製冷的方法，常見的有：液化氣體制冷、氣體膨脹製冷、渦流管制冷和熱電製冷這四種。熱電效應的理論基礎是固體的熱電效應，包括塞貝克效應，帕爾貼效應，湯姆遜效應，焦耳效應以及傅立葉效應五個效應。其中前三種效應是電和能的相互轉化，且可逆，後兩種效應是熱的不可逆效應。

　　一個P型半導體元件與一個N型半導體元件結合，組成熱電偶對，熱電偶對是半導體制冷器的基本器件。P型材料缺少電子，電勢為正;N型材料富餘電子，電勢為負。當電子從P型端穿過PN接面點到達N型端時，電子能量，並且增加的能量等於PN接面點消耗的能量。

　　將熱電偶連線成閉合迴路，接上直流電源通電後，上面接頭的電流方向是N-P，此時溫度降低，並且吸熱，形成冷端，而下面接頭的電流方向是P-N，此時溫度則上升，並且放熱，形成熱端。

　　把若干對半導體熱電偶對在電路上串聯起來，而在傳熱方面則是並聯的，這就構成了一個常見的製冷熱電堆。接上直流電源後，通過藉助各種傳熱器件，就能使熱電堆的熱端不斷散熱，並保持一定的溫度，再把熱電堆的冷端放到工作環境中去吸熱，從而產生低溫，達到製冷。這就是熱電製冷的工作原理。[3]

　　4 太陽能製冷儀應用面臨的問題

　　在我們研究太陽能半導體制冷儀的過程中，為了進一步瞭解太陽能半導體制冷箱的效能方面的影響，還遇到了一些問題，例如：

　　***1***由於非穩態的太陽能半導體制冷儀，在不同的光照和環境溫度條件下，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製冷箱製冷效能的影響，能將太陽能半導體制冷儀制冷情況更進一步反映出來，更能為其實際應用提供很好的依據;

　　***2***由於人體對環境感知不如儀表測量明顯，所以筆者建議可以在實驗電路中串聯一個靈敏電錶，實時反映太陽能輻射強度變化時，通過監控引數變化、用計算機模擬生成的辦法，進一步弄清製冷箱的製冷情況;

　　***3***根據數位電子控置理論方面的知識，為太陽能半導體制冷儀提供可靠高效的數控裝置，確保太陽能半導體制冷裝置的高效率執行。

　　筆者相信隨著科技的發展，太陽能半導體制冷儀這一新型產品，必然會像電子計算機一樣，能走進千家萬戶，走進大眾生活，成為人民日常活動中不可缺少的一部分。

　　參考文獻：

　　[1]唐春暉.半導體制冷――21世紀的綠色“冷源”[J].半導體技術，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***.

　　[4]ZHANG H、WANG M H、WU H、LI J X Discussion on the solar semiconductor refrigeration system[J].Energy Research And Utilization，2008，5：26～28***in Chinese***.