热离子制冷技术研究进展及分析.pdf

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1、FLUIDMACHINERYVo1．38，No．12，2010文章编号：1005—0329(2010)12—0054—06热离子制冷技术研究进展及分析罗伊默，田长青，邵双全(1．中国科学院理化技术研究所，北京1001902．中国科学院研究生院，北京100049)摘要：热离子制冷是一种固体制冷方式，具有效率高、噪声低和结构紧凑等特点，特别适用于诸如航空航天、电子冷却和微机电系统等需要小型冷源的场所。本文从热离子制冷原理出发，分析了其在室温下制冷的困难，并介绍了当前可以实现热离子制冷的两种技术：纳米真空间距和超晶格材料。同时，对近年来这两种热

2、离子制冷技术的研究进展进行了总结和分析，并提出了今后的研究方向。关键词：热离子制冷；电子发射；纳米技术；异质结构；超晶格中图分类号：TB65文献标识码：Bdoi：10．3969／j．issn．1005—0329．2010．12．014AdvancesinStudyonThermionicRefrigerationLUOYi．no，TIANChang。qing，SHAOShuang．quan(1．TechnicalInstituteofPhysicsandChemistryofCAS，Beijing100190，China；2．Gradua

3、teUniversityofChineseAcademyofSciences，Beijing100049，China)Abstract：Asatypeofsolidrefrigeration，thermionicrefrigerationhassomanyadvantagessuchashighereficiency，lowernoiseandcompactconstructionthattheycanbeusedinsomespecialplacessuchaerospace，electroncooling，MicroEleetrome

4、ehaniealSystem，andsoon．BasedOntherefrigerationprinciple，thereasonswhyitisdifficulttooperatethermionicrefrigerationdevicesatroomtemperatureayeanalyzed．Therecentprogressofthermionicrefrigerationissummarizedandcommentedintworespects：thespacebetweencathodeandanodeisfilledwith

5、vacuumandsuperlattice?materialrespectively．Thefutureresearchdevelopmentofthermionierefrigerationisalsosuggested．Keywords：thermionicrefrigeration；electronemission；nanoteehnology；heterostructure；snperlatfice1前言漏引起的环境污染问题；(2)它没有运动部件，从而没有振动和噪声的危害，也没有液击和磨损带随着科技的发展和人们生活水平的提高，制来

6、的麻烦，因此具有工作可靠、维护操作简便等优冷技术越来越广泛地应用于生产和生活的各个领点；(3)冷却速度快，只需通过调节工作电压或工域。目前，最常用的制冷方式为蒸气压缩式制冷、作电流就可调节制冷量，容易做到高精度调节；吸收式制冷、吸附式制冷和固体制冷等⋯。蒸气(4)相对于传统的制冷设备，固体制冷器的重量压缩式制冷系统制冷效率高，运行费用少，但它所轻、体积小。使用的一些制冷剂会破坏臭氧层，或者是温室气作为传统的固体制冷方式，热电式制冷技术体，破坏大气环境。吸收式和吸附式制冷系统利已经在各个技术领域得到了广泛的应用，但是其用热能作为动力，其缺点

7、是结构复杂、体积庞大、制冷效率很低，材料zT值等于1的热电制冷器只能源利用效率低、价格昂贵。具有约10％的卡诺效率。而只有当材料的ZT值与上述3种常用制冷方式相比，固体制冷系达到4以上时才能达到蒸气压缩式制冷系统的制统具有以下优点l2J：(1)它不使用任何制冷剂或冷效率，即30％以上的卡诺效率』。目前，一般溶液，没有复杂的管路要求，不必担心制冷剂的泄的半导体材料在室温下ZT值很难达到1．0。随收稿日期：2010—04—062010年第38卷第l2期流体机械55着材料学的发展，2001年Venkatasubramianian等运动，因而此时

8、存在一个从冷极到热极的净电子开发了厚51xm的Bi2Te3／Sb2Te3超晶格材料，其流动，如图2(C)所示。电子的运动会带走发射极zT值达到了2．4，但仍然无法达到最常用的蒸气板的热量，电子