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摘 要：半导体制冷是一种可应用于多种领域的制冷技术，具有结构紧凑、体积小、可靠性强、制冷迅速、操作简单、容易实现高精度的温度控制、无环境污染等优点。本文主要介绍半导体制冷的相关技术领域的专利申请数据进行统计、整理以及分析，总结该技术领域专利技术的特点、现状以及发展趋势，通过获取国内外该领域的专利申请情况，简要分析半导体制冷技术的研究进展。
1、概述
热电制冷是具有热电能量转换特性的材料，在通过直流电时具有制冷功能，由于半导体材料具有最佳的热电能量转换性能特性，所以人们把热电制冷称为半导体制冷。由于其结构紧凑、体积小、可靠性强、制冷迅速、操作简单、容易实现高精度的温度控制、无环境污染等优点，半导体制冷的应用范围渗透到各个行业，尤其在制冷量不大，又要求装置小型化的场合，更有其优越性，甚至在某些方面，有着压缩式无法替代的能力。
本文主要介绍半导体制冷的相关技术领域的专利申请数据进行统计、整理以及分析，总结该技术领域专利技术的特点、现状以及发展趋势，通过获取国内外该领域的专利申请情况，简要分析半导体制冷技术的研究进展。
2、半导体制冷原理
半导体制冷是利用半导体材料组成P-N结，通过两端施加直流电进行制冷， 将电能直接转化为热能的技术。
载流子从一种材料迁移到另一种材料形成电流，而每种材料载流子的势能不同。因此，为了满足能量守恒的要求，载流子通过结点时，必然与其周围环境进行能量的交换。能级的改变是现象的本质，这使构成制冷系统成为可能。
如图1把一只P型半导体元件和一只N型半导体元件联结成热电偶，接上直流电源后，在接头处就会产生温差和热量转移。在上面的接头处，电流方向是N →P，温度下降并吸热，这就是冷端。而在下面的接头处，电流方向是P→N，温度上升并放热， 因此是热端。
3、专利技术现状分析
半导体制冷由于应用范围很广泛，除主要用于制冷、通风及温度控制的系统外，其他领域的涉及也很多。因此主要在VEN数据库、CNABS数据库里通过半导体制冷、热电制冷、温差电制冷的关键词进行专利文献的分析，以上述所有的专利文献为研究对象，其中VEN中的文献11666篇，CNABS中的文献5214篇。
3.1 全球申请量的年度发展趋势
由图5中可以看出，从1970年起半导体制冷的专利申请逐年相对稳定增长，我国应用半导体制冷的第一件专利申请出现在1987年。世界范围内在1970年～1988年这段时间申请量较少，1988年以后，申请量开始逐年稳定增长。近两年的时间里，随着半导体制冷材料的不断改进，半导体制冷技术正处于一个快速发展的时期，并且由于半导体制冷技术存在着一些缺点和不足，还有很大发展的空间，从图中也可以很明显看出，半导体制冷领域的专利申请大部分都在中国，可见我国对于该领域给予了很高的重视。
3.2 国家和地区分布
图6示出世界范围内半导体制冷领域专利申请量按国家和地区的分布情况。从图6可以看出中国的专利申请量远远大于其他各个国家，占据了全部专利申请量的42%，处于世界的领先地位。其次是美国、日本和欧洲其他发达国家。
3.3 中国申请专利分析
3.3.1 各领域分布情况
半导体制冷的应用分类号的前五名为：F25B21+、F24F5+、F25D11+、G05D23+、H01S3+，其中前三个分类号为制冷、冷却、空气调节、通风相关领域，G05D23/00为温度的控制，H01S3/00为激光器，可见除制冷、温度控制等专业领域外，半导体制冷在激光器的冷却应用可以达到比较好的效果。另外，由于半导体制冷可应用于各个行业，针对行业应用情况进行统计，如下图所示：
3.3.2 主要申请人
表1示出了在华申请量前20名的申请人，大部分为高校和研究所申请，还包括部分公司申请及个人申请。
可见，我国的半导体制冷领域大部分还停留在理论研究阶段，尚未发展成熟。可以预见对半导体制冷领域的研究将越来越深入，也会逐步的将其应用于产品中。
3.4 国外专利申请分析
3.4.1各领域分布情况
如图8所示，在世界范围内，半导体制冷领域多应用于电学类，其次为机械、照明、加热，由于半导体制冷在制冷量不大，又要求装置小型化的场合有着明显的优势，因此在电学领域应用最广也是可以预见的，从此也可以看出世界范围内的发展已经达到了比较成熟的程度，可以将其广泛的应用于最适合的领域。
3.4.2 主要申请人
表2示出了世界范围内申请量前20名的申请人，大部分为外国企业申请，且日本申请占据大多数。可见，在世界范围内半导体制冷领域已经广泛的应用于实际应用中，而虽然我国的申请量占据大多数，但整体实用價值不明显。但是，现在正是我国半导体制冷技术发展的高峰期，随着技术的不断完善，将其大量的应用于实践也是必然的趋势。
4、小结
中国是一个能耗大国，如何能降低能耗，实现可持续发展，研究和开发具有环境友好型的技术就成为一种必须。半导体制冷作为一种新兴发展起来的制冷技术，是一种具有良好前景的制冷方式。由于半导体制冷具有清洁、无噪音污染和有害物质排放、寿命长、坚固、可靠性高、稳定性好等一系列优点，符合绿色环保要求，对国民经济的可持续发展具有重要的战略意义。目前，我国的半导体制冷领域正处于快速发展的阶段，应继续加强对该领域的研究，我国企业也应加大创新力度，完善优化系统结构，以实现半导体制冷的普遍应用。
参考文献
[1] 贾艳婷，徐昌贵， 闫献国， 田志峰，半导体制冷研究综述. 制冷. 2012.3（1）：49-55.
[2] 书名： 《制冷原理》 ，作者： 姜守忠，匡奕珍主编，第：210-212页.
1、概述
热电制冷是具有热电能量转换特性的材料，在通过直流电时具有制冷功能，由于半导体材料具有最佳的热电能量转换性能特性，所以人们把热电制冷称为半导体制冷。由于其结构紧凑、体积小、可靠性强、制冷迅速、操作简单、容易实现高精度的温度控制、无环境污染等优点，半导体制冷的应用范围渗透到各个行业，尤其在制冷量不大，又要求装置小型化的场合，更有其优越性，甚至在某些方面，有着压缩式无法替代的能力。
本文主要介绍半导体制冷的相关技术领域的专利申请数据进行统计、整理以及分析，总结该技术领域专利技术的特点、现状以及发展趋势，通过获取国内外该领域的专利申请情况，简要分析半导体制冷技术的研究进展。
2、半导体制冷原理
半导体制冷是利用半导体材料组成P-N结，通过两端施加直流电进行制冷， 将电能直接转化为热能的技术。
载流子从一种材料迁移到另一种材料形成电流，而每种材料载流子的势能不同。因此，为了满足能量守恒的要求，载流子通过结点时，必然与其周围环境进行能量的交换。能级的改变是现象的本质，这使构成制冷系统成为可能。
如图1把一只P型半导体元件和一只N型半导体元件联结成热电偶，接上直流电源后，在接头处就会产生温差和热量转移。在上面的接头处，电流方向是N →P，温度下降并吸热，这就是冷端。而在下面的接头处，电流方向是P→N，温度上升并放热， 因此是热端。
3、专利技术现状分析
半导体制冷由于应用范围很广泛，除主要用于制冷、通风及温度控制的系统外，其他领域的涉及也很多。因此主要在VEN数据库、CNABS数据库里通过半导体制冷、热电制冷、温差电制冷的关键词进行专利文献的分析，以上述所有的专利文献为研究对象，其中VEN中的文献11666篇，CNABS中的文献5214篇。
3.1 全球申请量的年度发展趋势
由图5中可以看出，从1970年起半导体制冷的专利申请逐年相对稳定增长，我国应用半导体制冷的第一件专利申请出现在1987年。世界范围内在1970年～1988年这段时间申请量较少，1988年以后，申请量开始逐年稳定增长。近两年的时间里，随着半导体制冷材料的不断改进，半导体制冷技术正处于一个快速发展的时期，并且由于半导体制冷技术存在着一些缺点和不足，还有很大发展的空间，从图中也可以很明显看出，半导体制冷领域的专利申请大部分都在中国，可见我国对于该领域给予了很高的重视。
3.2 国家和地区分布
图6示出世界范围内半导体制冷领域专利申请量按国家和地区的分布情况。从图6可以看出中国的专利申请量远远大于其他各个国家，占据了全部专利申请量的42%，处于世界的领先地位。其次是美国、日本和欧洲其他发达国家。
3.3 中国申请专利分析
3.3.1 各领域分布情况
半导体制冷的应用分类号的前五名为：F25B21+、F24F5+、F25D11+、G05D23+、H01S3+，其中前三个分类号为制冷、冷却、空气调节、通风相关领域，G05D23/00为温度的控制，H01S3/00为激光器，可见除制冷、温度控制等专业领域外，半导体制冷在激光器的冷却应用可以达到比较好的效果。另外，由于半导体制冷可应用于各个行业，针对行业应用情况进行统计，如下图所示：
3.3.2 主要申请人
表1示出了在华申请量前20名的申请人，大部分为高校和研究所申请，还包括部分公司申请及个人申请。
可见，我国的半导体制冷领域大部分还停留在理论研究阶段，尚未发展成熟。可以预见对半导体制冷领域的研究将越来越深入，也会逐步的将其应用于产品中。
3.4 国外专利申请分析
3.4.1各领域分布情况
如图8所示，在世界范围内，半导体制冷领域多应用于电学类，其次为机械、照明、加热，由于半导体制冷在制冷量不大，又要求装置小型化的场合有着明显的优势，因此在电学领域应用最广也是可以预见的，从此也可以看出世界范围内的发展已经达到了比较成熟的程度，可以将其广泛的应用于最适合的领域。
3.4.2 主要申请人
表2示出了世界范围内申请量前20名的申请人，大部分为外国企业申请，且日本申请占据大多数。可见，在世界范围内半导体制冷领域已经广泛的应用于实际应用中，而虽然我国的申请量占据大多数，但整体实用價值不明显。但是，现在正是我国半导体制冷技术发展的高峰期，随着技术的不断完善，将其大量的应用于实践也是必然的趋势。
4、小结
中国是一个能耗大国，如何能降低能耗，实现可持续发展，研究和开发具有环境友好型的技术就成为一种必须。半导体制冷作为一种新兴发展起来的制冷技术，是一种具有良好前景的制冷方式。由于半导体制冷具有清洁、无噪音污染和有害物质排放、寿命长、坚固、可靠性高、稳定性好等一系列优点，符合绿色环保要求，对国民经济的可持续发展具有重要的战略意义。目前，我国的半导体制冷领域正处于快速发展的阶段，应继续加强对该领域的研究，我国企业也应加大创新力度，完善优化系统结构，以实现半导体制冷的普遍应用。
参考文献
[1] 贾艳婷，徐昌贵， 闫献国， 田志峰，半导体制冷研究综述. 制冷. 2012.3（1）：49-55.
[2] 书名： 《制冷原理》 ，作者： 姜守忠，匡奕珍主编，第：210-212页.