一種熱電制冷器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種熱電制冷器，屬于半導(dǎo)體制冷技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體制冷由于無需傳統(tǒng)制冷結(jié)構(gòu)所需的壓縮機(jī)等機(jī)械單元，在小型化的制冷裝置中得到了一定應(yīng)用。半導(dǎo)體制冷利用了半導(dǎo)體材料的Peltier效應(yīng)，當(dāng)直流電通過兩種不同半導(dǎo)體材料串聯(lián)成的電偶時(shí)，在電偶的兩端可分別吸收熱量和放出熱量，實(shí)現(xiàn)制冷的目的。
[0003]與傳統(tǒng)的制冷裝置相比，半導(dǎo)體制冷裝置存在的一個(gè)不足是熱電轉(zhuǎn)換率低，吸熱端與放熱端的制冷溫差較小，無法達(dá)到傳統(tǒng)制冷裝置的制冷效率。為了解決此問題，通常的設(shè)計(jì)思路是改進(jìn)半導(dǎo)體材料熱臂的導(dǎo)熱率。然而，由于半導(dǎo)體材料的導(dǎo)熱率與電導(dǎo)率正相關(guān)，很難實(shí)現(xiàn)在降低導(dǎo)熱率的同時(shí)提高電導(dǎo)率，這一問題是阻礙熱電制冷技術(shù)突破的主要瓶頸。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型公開了一種熱電制冷器，使用電致發(fā)光吸收熱電材料中的聲子，有效減少熱臂中聲子的回流量，從而提高熱電制冷器的制冷效率。
[0005]具體地說，本實(shí)用新型是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]—種熱電制冷器，包括半導(dǎo)體熱臂和其外緣的電致發(fā)光體，第一直流電源聯(lián)通半導(dǎo)體熱臂和電致發(fā)光體;半導(dǎo)體熱臂的吸熱端連接吸熱端電極，該吸熱端電極接觸待制冷目標(biāo)，半導(dǎo)體熱臂的散放熱端連接聯(lián)通第二直流電源的放熱端電極，該放熱端電極通過導(dǎo)熱硅脂連接向外散熱的金屬熱沉。
[0007]通過上述結(jié)構(gòu)改進(jìn)，第二直流電源為熱電制冷器工作提供能源，驅(qū)動(dòng)電子定向運(yùn)動(dòng);第一直流電源為電致發(fā)光發(fā)生系統(tǒng)提供動(dòng)力，產(chǎn)生一個(gè)偏置電壓，加速電子進(jìn)入發(fā)光層與空穴進(jìn)行復(fù)合，產(chǎn)生光子，帶走熱量，實(shí)現(xiàn)制冷。
[0008]其中，所用的電致發(fā)光體是P-N型LED。
[0009]其中，第一直流電源和第二直流電源的電壓可實(shí)現(xiàn)相關(guān)器件的工作即可，通常第一直流電源電壓為0.1?3V，第二直流電源電壓為5V?10V。
[0010]為了提高散熱效率，抑制漏電情況，放熱端電極通過導(dǎo)熱硅脂與導(dǎo)熱絕緣陶瓷片連接，導(dǎo)熱絕緣陶瓷片通過導(dǎo)熱硅脂連接金屬熱沉。
[0011]在此結(jié)構(gòu)下，陶瓷片能夠良好的對(duì)電絕緣，同時(shí)又保持良好的散熱能力(普通導(dǎo)熱絕緣陶瓷片的熱導(dǎo)率為30?200W/(m.K))。
[0012]在上述中，所用的金屬熱沉采用導(dǎo)熱性能良好的金屬材料(通常采用鋁或者銅材料)制成具有較大的體表比幾何結(jié)構(gòu)。
[0013]本實(shí)用新型的技術(shù)方案，利用電致發(fā)光制冷，通過電子在發(fā)射極吸收聲子，然后在發(fā)光層發(fā)生電子-空穴復(fù)合釋放高能光子，再通過光導(dǎo)材料將熱能以光子形式導(dǎo)出，實(shí)現(xiàn)吸收的熱量大于產(chǎn)生的熱量的凈制冷，提高了吸熱端與放熱端的制冷溫差，從而改善熱電換能效率。
【附圖說明】
[0014]圖1為本實(shí)用新型的熱電制冷器線路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2a、2b為本實(shí)用新型熱電制冷器工作原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]參考附圖1，顯示了本實(shí)用新型的熱電制冷器的電路結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體熱臂I，半導(dǎo)體熱臂的兩端分為吸熱端和放熱端;第二直流電源8提供驅(qū)動(dòng)電流，通過放熱端電極3連接、半導(dǎo)體熱臂I及吸熱端電極2形成回路，吸熱端電極2吸收熱量成為吸熱端，放熱端電極3釋放熱量形成放放熱端;熱沉5與放熱端電極3連接將熱量散發(fā)到外界空氣中；為了實(shí)現(xiàn)良好的電絕緣和熱傳導(dǎo)，在金屬熱沉和放熱端電極之間設(shè)有絕緣陶瓷4進(jìn)行隔離，放熱端電極與絕緣陶瓷通過散熱性能良好的硅脂連接，絕緣陶瓷與金屬熱沉同樣由散熱性能良好的硅脂連接。
[0017]在半導(dǎo)體熱臂的外緣為電致發(fā)光體6，第一直流電源7電連接電致發(fā)光體和半導(dǎo)體熱臂，其工作電壓為0.l-3v;第二直流電源8連通半導(dǎo)體熱臂的放熱端電極，其工作電壓為5-10vo
[0018]其中，直流電源連接所用的導(dǎo)線為銅質(zhì)或鋁質(zhì)導(dǎo)線。
[0019]本實(shí)用新型的熱電制冷器，第二直流電源為整個(gè)系統(tǒng)提供能源，從而在電勢差的作用下驅(qū)動(dòng)電子定向運(yùn)動(dòng);第一直流電源為LED電致發(fā)光發(fā)生系統(tǒng)提供動(dòng)力，產(chǎn)生一個(gè)偏置電壓，加速電子進(jìn)入發(fā)光層與空穴進(jìn)行復(fù)合，產(chǎn)生光子，帶走熱量，實(shí)現(xiàn)制冷。
[0020]其中，本實(shí)用新型所用的半導(dǎo)體熱臂由熱電材料制成，可選用PbTe、ZnSb、AgSbTe2、GeTe、CeS 中的一種。
[0021]其中，該電致發(fā)光體為P-N型LED，在電作用下實(shí)現(xiàn)發(fā)光并吸收半導(dǎo)體熱臂中的聲子，減少回流量，實(shí)現(xiàn)熱電效率的提高。
[0022]如圖2a、2b所示，顯示了本實(shí)用新型裝置的工作原理，圖2a顯示了半導(dǎo)體熱臂的狀態(tài)，在其兩端存在溫度梯度，其核心層與外殼層由于連接了直流電源從而獨(dú)立存在一定的電勢差，電子在電勢差的驅(qū)動(dòng)下與空穴在LED的發(fā)光層復(fù)合發(fā)光(即激子復(fù)合)釋放高能光子，再通過光導(dǎo)材料將熱能以光子形式導(dǎo)出；參考圖2b，顯示了在半導(dǎo)體熱臂的熱流從放熱端流向吸熱端的過程中，LED的發(fā)光層會(huì)產(chǎn)生吸熱作用，降低熱流從而減少聲子回流量，提高熱電制冷器的整體制冷效率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種熱電制冷器，其特征在于包括半導(dǎo)體熱臂和其外緣的電致發(fā)光體，第一直流電源聯(lián)通半導(dǎo)體熱臂和電致發(fā)光體;半導(dǎo)體熱臂的吸熱端連接吸熱端電極，該吸熱端電極接觸待制冷目標(biāo)，半導(dǎo)體熱臂的放熱端連接第二直流電源的放熱端電極，該放熱端電極通過導(dǎo)熱硅脂連接向外散熱的金屬熱沉。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱電制冷器，其特征在于所述電致發(fā)光體為P-N型LED。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱電制冷器，其特征在于第一直流電源電壓為0.1?3V，第二直流電源電壓為5V?10V。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱電制冷器，其特征在于放熱端電極通過導(dǎo)熱硅脂與導(dǎo)熱絕緣陶瓷片連接，導(dǎo)熱絕緣陶瓷片通過導(dǎo)熱硅脂連接金屬熱沉。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種熱電制冷器，包括半導(dǎo)體熱臂及其外緣的電致發(fā)光體，第一直流電源連接半導(dǎo)體熱臂和電致發(fā)光體，實(shí)現(xiàn)發(fā)光制冷；第二直流電源提供驅(qū)動(dòng)電流，電流通過放熱端電極、半導(dǎo)體熱臂、吸熱端電極及放熱端電極構(gòu)成回路。半導(dǎo)體熱臂的吸熱端與吸熱端金屬電極連接，放熱端與放熱端金屬電極連接，半導(dǎo)體熱臂的放熱端通過導(dǎo)熱硅脂連接向外散熱的金屬熱沉。本實(shí)用新型的熱電制冷器通過使用電致發(fā)光吸收熱電材料中的聲子，能夠有效減少熱臂中聲子的回流量，從而提高熱電制冷器的制冷效率。
【IPC分類】F25B21/02
【公開號(hào)】CN205227913
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520951210
【發(fā)明人】王贊, 王珂, 全磊, 劉雯, 呂香玲, 王炯
【申請(qǐng)人】河南工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2015年11月25日