[發(fā)明專利]開放式共等電位半導體電致冷組件及電制冷總成件

無效

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• 申請日: 2000-07-25
• 公開（公告）號: CN1335472A
• 公開（公告）日: 2002-02-13
• 發(fā)明（設計）人: 石磊明
• 申請（專利權(quán)）人: 石磊明
• 主分類號: F25B21/04
• 分類號: F25B21/04;H01L35/28
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及一種由單層或多層(對大溫差組件而言)半導體致冷電堆組成的新型高性級半導體電致冷組件，也叫固體熱泵，是一項正在被努力開發(fā)并致力于取代壓縮制冷的現(xiàn)代綠色環(huán)保電子制冷技術。

以當前國內(nèi)實力較強的北京華玉電子有限公司為代表所生產(chǎn)的電致冷組件為例，出于對致冷堆兩側(cè)電極需進行絕緣屏蔽的需要，產(chǎn)品全部以超薄電陶瓷為組裝基板構(gòu)成封閉式結(jié)構(gòu)，其大溫差多層板相鄰層間還必須再加一層絕緣板，不但工藝復雜、成本高、產(chǎn)品機械強度低、易破碎、不便儲運、不便安裝使用，且由于多層陶瓷板的介入，增加了組件的整體熱傳導阻力，功率損耗大，封閉式結(jié)構(gòu)不利熱交換，惡化了工況，所以產(chǎn)冷效率難于提高，且受基板強度及相關因素影響，只能生產(chǎn)小型片式產(chǎn)品，所以電陶瓷板在設計上追求的是小型化強功率，因此低電壓，大電流，決定了電陶瓷組件在應用上的特殊性，它只適用在一些壓縮機不宜適用的特殊領域作為壓縮制冷的延伸和補充而不能取代壓縮制冷，以上缺陷嚴重地阻礙了半導體制冷技術的廣泛開發(fā)與應用。

本發(fā)明的任務在于推出一種可以完全擺脫電絕緣陶瓷板的呈開放式結(jié)構(gòu)的半導體致冷組件，其設計著眼點在于：1、顯著提高致冷效能；2、適用于普通電源，該種產(chǎn)品工藝簡，成本低，機械性能好，壽命長，便于使用，易于推廣，可直接用于開發(fā)研制實用型家庭及工業(yè)用半導體電制冷設備，使半導體電致冷技術的開發(fā)研制工作取得長足的突破性的飛躍進展。

方法一：利用“逆向互補等電位并聯(lián)電路”去掉大溫差多層組件相鄰層間的電陶瓷絕緣板

如圖1-1所示，首層(產(chǎn)冷端)致冷電堆的排列為N-P-N……P，大功率疊加接力致冷層電堆排列為P-N-P……N，每層以相同的電堆數(shù)n構(gòu)成逆向互補并聯(lián)電路，在其相鄰側(cè)可得到n－1個一一相互對應的等電位點，令兩相鄰電路在等電位點上共用同一只導流片(如圖1-2所示)，使兩個獨立的電路通過它們的等電位點聯(lián)結(jié)成一體，其層間也成一一對應的互補陣列，這些共用等電位點恰恰是兩層致冷電堆電致冷的最佳熱接力傳導點，這一逆向互補陣列使兩層電堆達到最佳致冷熱傳導匹配組合，省去了層間絕緣板，減少了熱阻，降低了功率損耗，提高了致冷效率。

方法二：常規(guī)封裝封固成形去掉外層陶瓷基板

使用一般普通生產(chǎn)半導體元件的封裝方法，如“塑封法”或比照“塑封”的樹脂澆固成形法等，封固致冷電堆，即可脫去對電陶瓷板的依賴讓電極暴露出來，呈開放式結(jié)構(gòu)，以利于致冷電堆直接參與熱交換，改善致冷電堆工況，減少熱阻損耗提高制冷效率，電極間的絕緣問題可采用干燥空氣流或絕緣導熱油與之進行熱交換加以解決，尤為顯著的是“塑封”體強度高，可加工生產(chǎn)適用于如60伏、110伏、220伏普通電壓源的強功率、高電壓、大規(guī)模致冷電堆組件，從而為開發(fā)研制實用半導體制冷設備如：空調(diào)機、冷藏柜、冷風機創(chuàng)造了必要條件，使半導體電子制冷技術的開發(fā)研制工作取得突破性的長足進展。

方法三：加設獨立分散式導流散熱器(熱交換器)

于外層導流片上順其電流方向增加設計一組散熱翅片，其優(yōu)點有貳：1、減少導流片直流電阻，減少電阻熱損耗提高功效；2、使外層每一個獨立電極能更有效地直接參與熱交換，顯著改善工況，提高組件整體產(chǎn)冷效率，此外層獨立導流分散式熱交換器可采用干燥空氣流或絕緣導熱油與之進行熱交換。

方法四：半導體電致冷總成件

為更好發(fā)揮組件致冷優(yōu)勢，方便使用，可在組件兩端配以專門設計的導熱油密封腔或風冷屏蔽罩，組成半導體電制冷總成件

半導體制冷總成設計實旋方案一

在對制冷效率要求不高的特殊小型制冷場合，可根據(jù)需要設計生產(chǎn)不同功率的小型低電壓大電流組件，其制冷端配以能夠自行對流循環(huán)的導熱油密封腔。熱端可配以簡便易于通風的屏蔽罩，實施自然或強制風冷。如圖2-1所示。

半導體制冷總成設計實施方案二

在對制冷效率要求高的聲合，可以根據(jù)需要設計不同功率的大規(guī)模強功率，適用于60伏、110伏、220伏的高電壓組件，其產(chǎn)冷產(chǎn)熱兩端都配以能夠接人專用熱交換器的導熱油密封腔，如圖2-2所示，組成高效電致冷總成件，該種組件可直接用于家庭及工業(yè)實用制冷設備的開發(fā)研制，如“空調(diào)機”、“冷藏柜”、“保鮮柜”、“冷風機”、“冷飲機”等。

說明書附圖注釋

圖1-1、1-2中，1、2、3、……、n-1為等電位點標記。

圖2-1、2-2中，1、“塑封”制冷電堆；2、導流散熱片；3、絕緣導熱油密封腔；4、風冷屏蔽罩；5、干燥空氣流；6、帶有進出口的導熱油密封腔。7、導熱油密封腔體；8、導熱油入口；9、導熱油出口。

半導體致冷組件加工實例