[發明專利]一種多級半導體復疊制冷元件及制冷熱電堆

無效

• 申請號: 200810017577.8
• 申請日: 2008-02-29
• 公開（公告）號: CN101246947A
• 公開（公告）日: 2008-08-20
• 發明（設計）人: 魚劍琳
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01L35/32
• 分類號: H01L35/32
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司
• 代理人: 朱海臨

技術領域

本發明涉及一種半導體制冷元件及其組合而成的制冷熱電堆，特別涉及一種多級半導體復疊制冷元件及其組合而成的制冷熱電堆。

背景技術

半導體制冷元件(如半導體制冷片)具有結構簡單、緊湊并能快速降溫等特點，廣泛應用于商業、電子、醫療、軍事和航空航天等領域的制冷器件中。通常單級半導體制冷元件可以產生的最大制冷溫差在70℃左右。半導體制冷的主要缺點是它的制冷性能系數低，這主要是由于目前的熱電材料的優值系數本身不大所造成的。在采用單級電偶制冷的半導體制冷元件中，隨著制冷溫度(冷端溫度)的降低，制冷性能系數會顯著降低。因此，在目前缺少更好的熱電材料情況下，通過改進半導體制冷元件的結構設計來提高半導體制冷性能系數也就成為這一技術領域中重要的研究發展方向之一。研究表明，在一般單級半導體制冷元件應用的制冷溫度范圍內，如果采用多級半導體制冷元件則可以提高半導體制冷性能系數，特別是在較低的制冷溫度時，改善情況更為顯著。為獲得更大的制冷溫差，一般用串聯、并聯及串并聯的方法組成多級制冷元件。由于半導體制冷元件散熱量遠大于制冷量，目前多級半導體制冷元件的結構型式多采用寶塔式，每一級中的制冷電偶臂長度相同，而高溫級的制冷電偶數目要比低溫級大得多或電偶臂的截面積更大。然而，在這種寶塔式結構中，當電路連接采用串聯型時，級與級之間需要一層電絕緣導熱層，增加了附加傳熱熱阻；雖然可采用并聯型電路連接，級與級之間無需電絕緣導熱層，但寶塔式結構的本身也會造成較大的漏熱損失。總而言之，寶塔式多級半導體制冷元件的制冷性能實質性提高會受到一定程度的限制。

發明內容

針對現有寶塔式結構的多級半導體制冷元件所存在的上述缺陷或不足，本發明的目的在于提供一種基于非等長電偶臂的多級半導體復疊制冷元件。為提高半導體制冷元件的制冷性能，本發明的另一目的是提供用該多級半導體復疊制冷元件組成的一種制冷熱電堆。

本發明實現上述目的的技術解決方案是：

一種多級半導體復疊制冷元件，由第一級至第N級制冷電偶疊合而成，每一級制冷電偶由p型半導體和n型半導體成對組成，第一級制冷電偶上部冷端設置有連接片連接冷端導熱板，第N級制冷電偶下部熱端設置有熱端連接片連接熱端導熱板，其特征在于，所述每一級制冷電偶的截面相同，而電偶臂的長度由第一級至第N級逐級減小；各級制冷電偶疊面之間設置有電偶連接片，使制冷電偶級與級之間并聯電連接和串聯熱連接。

以上方案中，所述第N級的N為2-8，最好為2-4。所述的連接片為銅片或銀片。

一種用上述多級半導體復疊制冷元件組成的制冷熱電堆，其特征在于，包括多個冷端導熱板和熱端導熱板分別水平連成一體的多級半導體復疊制冷元件，各復疊制冷元件的制冷電偶之間由熱端連接片串聯連接后通過導線連接直流電源。

本發明的多級半導體復疊制冷元件及其構成的制冷熱電堆整體結構型式相對簡單，制造成本增加不多，相比于常規寶塔型的多級制冷元件，由于在制冷電偶中采用了非等長電偶臂多級復疊結構方式，級與級之間無電絕緣層，減少了級間附加傳熱熱阻以及漏熱損失，因此能有效提高多級制冷元件及熱電堆的制冷性能。同時，制冷電偶中級與級之間為并聯電路連接，而各復疊制冷元件之間為串聯電路連接，整個熱電堆只需一對電纜線接頭，因此從未來的應用上看，本發明多級半導體復疊制冷元件及制冷熱電堆使用非常方便。具有明顯的優勢。

附圖說明

圖1是本發明多級半導體復疊制冷元件的結構示意圖。

圖2是圖1半導體復疊制冷元件組成一種熱電堆的結構示意圖。

圖1、圖2中：1、n型半導體；2、冷端導熱板；3、p型半導體；4、電偶臂；5、電偶連接片；6、熱端連接片；7、熱端導熱板；8、導線。

具體實施方式

下面結合附圖及具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。