[發明專利]一種扇環形熱電臂結構半導體冷熱管及其制備方法

在審

• 申請號: 202110340046.8
• 申請日: 2021-03-30
• 公開（公告）號: CN113193104A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 王麗
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: H01L35/32
• 分類號: H01L35/32;H01L35/30;H01L35/34
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

本發明提供了一種扇環形熱電臂結構半導體冷熱管及其制備方法，屬于半導體制冷技術領域。解決了現有半導體制冷片使用時散熱系統效率低、體積龐大等問題。其技術方案為：一種扇環形熱電臂結構半導體冷熱管，包括P?N電偶對，上側導流金屬片和下側導流金屬片構成的導熱金屬片；導流金屬片上還各引出一個正負極導線。本發明的有益效果為：本發明的扇環形熱電臂結構半導體冷熱管由于冷熱兩端都是管道結構，可直接在冷熱端管道的內側或外側采用強迫對流液體冷卻方式，可免除散熱系統中的接觸熱阻和導熱熱阻。

技術領域

本發明涉及技術領域，尤其涉及一種扇環形熱電臂結構半導體冷熱管及其制備方法。

背景技術

半導體熱電制冷器由于具有結構簡單、沒有轉動部件、能同時制冷和加熱且速度快等特點，常被作為特殊冷源應用于醫療設備、軍事裝備、各類實驗室測試分析儀器。隨著研究的推進，半導體熱電材料的熱電性能、能量轉換效率等逐步提升，半導體熱電器件在生活小家電中的應用迅速發展。現階段普遍應用的結構是半導體制冷片狀結構，由上下兩層絕緣導熱板和中間的P-N電偶對以夾心餅干的形式組合而成，相鄰電偶對之間通過導體電極串聯組成。這種半導體制冷片多為平板造型，由于串聯的電偶對平鋪在平板上，單位面積的有效制冷量并不高。

平板式半導體制冷片在使用時需要加裝風冷式散熱系統或水冷式散熱系統，散熱系統一般通過導熱硅脂貼合安裝在半導體制冷片的冷熱端，這就導致了散熱/散冷路徑中不可避免的有接觸熱阻和導熱熱阻，大大降低了傳熱效率。

如何解決平板式半導體制冷片存在的技術問題為本發明面臨的課題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種扇環形熱電臂結構半導體冷熱管及其制備方法，解決了現有半導體制冷片使用時散熱系統效率低、體積龐大等問題，該扇環形熱電臂結構半導體冷熱管整體為管狀，其冷熱兩端都是管道結構，可直接在冷熱端管道的內側或外側采用強迫對流液體冷卻方式，可免除散熱系統中的接觸熱阻和導熱熱阻，能極大程度地提升冷熱兩端的傳熱效率，實現高效制冷，管道狀的半導體冷熱結構還可以作為冷熱源同時使用，通過管道內外兩側的液體介質可同時達到取冷和取熱的目的。

本發明是通過如下措施實現的：一種扇環形熱電臂結構半導體冷熱管，包括內層絕緣導熱管，外層絕緣導熱管，由P型半導體晶粒和N型半導體晶粒構成的P-N電偶對，以及上側導流金屬片和下側導流金屬片構成的導熱金屬片；

所述P型半導體晶粒和N型半導體晶粒均為扇環形，所述上側導流金屬片通過P型半導體晶粒和N型半導體晶粒一同連接在外層絕緣導熱管上，且上側導流金屬片的上表面連接在外層絕緣導熱管上；

所述下側導流金屬片與P型半導體晶粒和N型半導體晶粒一同連接在內層絕緣導熱管上，且下側導流金屬片的下表面連接在內層絕緣導熱管上，在起始和終止位置處的所述導流金屬片上還各引出一個正負極導線。

進一步地，所述內層絕緣導熱管和外層絕緣導熱管之間的夾層中布置有若干組由P型半導體晶粒和N型半導體晶粒構成的P-N電偶對，每組P-N電偶對串聯連接在環形夾層中，且呈螺旋型布置。

進一步地，所述P型半導體晶粒和N型半導體晶粒之間通過導流金屬片連接，所述P型半導體晶粒和N型半導體晶粒為扇環柱體結構，所述導流金屬片的形狀為圓弧形，與內層絕緣導熱管的外壁面或外層絕緣導熱管的內壁面形狀相貼合。

進一步地，所述半導體冷熱管的入口端處引出的正負極導線通過改變電源的正負級，用于冷熱端的反轉。當內層絕緣導熱管為冷端時，外層絕緣導熱管為熱端；當內層絕緣導熱管作為熱端時，外層絕緣導熱管為冷端。

進一步地，所述內層絕緣導熱管內用于液冷的方式散熱或散冷，所述外層絕緣導熱管外用于液冷的方式散冷或散熱。與傳統制冷片相比減少了冷熱端的接觸熱阻和導熱熱阻，可以有效提升半導體電偶對的效率和性能。