專利名稱：半導(dǎo)體制冷的吸附式裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于半導(dǎo)體制冷或制熱領(lǐng)域，具體涉及一種半導(dǎo)體制冷的吸附式裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)空調(diào)制冷技術(shù)包括蒸汽壓縮式循環(huán)、吸收式制冷循環(huán)兩種技術(shù)。蒸汽壓縮式空調(diào)系統(tǒng)具有較高的制冷系數(shù)和較強(qiáng)的制冷、制熱能力，但這種系統(tǒng)所使用的制冷劑CFCs，對臭氧層有活多或少的破壞，且運(yùn)行時(shí)噪音很大，體積大，窗式空調(diào)尤為明顯。吸收式空調(diào)系統(tǒng)的COP值中等，具有廢熱再利用及再生熱的優(yōu)點(diǎn)，但這種系統(tǒng)體積較大。以上技術(shù)都適用于功率要求大、空間大等場合，相對而言，半導(dǎo)體制冷技術(shù)可以用于微小結(jié)構(gòu)的制冷、無噪聲、空間小的情況。因此，半導(dǎo)體制冷技術(shù)具有特殊的用途。半導(dǎo)體制冷片的工作原理主要為珀?duì)柼?yīng)。珀?duì)柼?yīng)揭示了一種電路系統(tǒng)的自然現(xiàn)象，即，二種不同金屬組成一對熱電偶，當(dāng)熱電偶通入直流電流后，因直流電通入的方向不同，將在電偶結(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生吸熱和放熱現(xiàn)象。半導(dǎo)體制冷片利用P-N結(jié)具有較強(qiáng)的吸熱和放熱現(xiàn)象，產(chǎn)生一種局部制冷技術(shù)。半導(dǎo)體制冷片具有潛在的巨大應(yīng)用價(jià)值，能夠?qū)﹄娐方Y(jié)構(gòu)等微結(jié)構(gòu)進(jìn)行降溫，起到一個(gè)微型空調(diào)的作用。半導(dǎo)體制冷技術(shù)的實(shí)施是通過半導(dǎo)體制冷片的冷端與待降溫物體的一個(gè)平面貼合，將該物體的熱量通過兩個(gè)緊密貼合的平面帶走，從而降低物體的溫度。為了貼合兩個(gè)平面，需要一些粘結(jié)劑等媒介進(jìn)行固定，增加了設(shè)計(jì)的復(fù)雜性、不可控性。若貼合平面有一定的曲率，則增加了貼合難度。事實(shí)上，在一些應(yīng)用中，沒必要用粘結(jié)劑將半導(dǎo)體制冷片的冷端與待降溫物體貼合，甚至，不希望兩個(gè)表面貼合。因此，在很多應(yīng)用中，人們期待新型的半導(dǎo)體制冷裝置來克服這些弊端、減少技術(shù)實(shí)施上的困難。這里，公布一種半導(dǎo)體制冷(制熱)的吸附式裝置，它避免了上述問題，具有很好的實(shí)用價(jià)值。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種半導(dǎo)體制冷的吸附式裝置。一種不用滿足傳統(tǒng)半導(dǎo)體制冷片必須與制冷平面貼合的要求，就可以制冷(制熱)的裝置。。本實(shí)用新型包括制冷機(jī)構(gòu)和待降溫密室，具體包括半導(dǎo)體制冷片、空氣腔、第一密封圈、光滑平板、空腔、絕熱層、密封塞、連接線、圓環(huán)。制冷機(jī)構(gòu)包括半導(dǎo)體制冷片、第一密封圈、密封塞、連接線、圓環(huán)；半導(dǎo)體制冷片有鑲嵌結(jié)構(gòu)，第一密封圈的部分鑲嵌在半導(dǎo)體制冷片上；圓環(huán)通過焊接固定在半導(dǎo)體制冷片側(cè)面，并通過連接線與密封塞連接；第一密封圈上開有一個(gè)通氣孔，密封塞插入通氣孔內(nèi)，并與第一密封圈緊密配合，防止漏氣。待降溫密室包括光滑平板、空腔、絕熱層；空腔是絕熱層與光滑平板共同包圍形成的空腔；光滑平板起到熱傳導(dǎo)的作用，空腔通過光滑平板與外界產(chǎn)生熱交換。[0010]所述的絕熱層的橫截面為U型。制冷機(jī)構(gòu)作用于待降溫密室的過程如下將密封塞從第一密封圈的通氣孔中拔出后，將整個(gè)制冷機(jī)構(gòu)置于待制冷密室的光滑平板上面，形成空氣腔。對半導(dǎo)體制冷片上表面施加微小的壓力，產(chǎn)生彈性變形，使空氣腔少量氣體排出腔外。此時(shí)，將密封塞塞入第一密封圈的通氣孔中，防止空氣腔外的氣體進(jìn)入腔內(nèi)。這樣，空氣腔內(nèi)壓強(qiáng)Pi小于大氣壓強(qiáng)PO，產(chǎn)生壓強(qiáng)差，從而將制冷機(jī)構(gòu)貼附于待制冷密室的光滑平板上?？諝馇粌?nèi)壓強(qiáng)Pl不受密室內(nèi)壓強(qiáng)P2影響。當(dāng)半導(dǎo)體制冷片工作時(shí)，空氣腔內(nèi)的熱量被半導(dǎo)體制冷片吸走，空氣腔內(nèi)溫度Tl降低。同時(shí)，半導(dǎo)體制冷片熱端的熱量消散于大氣中，在局域范圍內(nèi)，導(dǎo)致大氣溫度TO升高。當(dāng)空氣腔內(nèi)溫度Tl持續(xù)下降，最終降低到小于空腔內(nèi)的溫度T2的時(shí)候，空腔內(nèi)的熱量將通過具有一定導(dǎo)熱功能的光滑平板傳遞到空氣腔內(nèi)，導(dǎo)致空腔溫度T2的降低。因此，制冷機(jī)構(gòu)能夠降低密室的溫度。當(dāng)制冷結(jié)束后，可以對半導(dǎo)體制冷片施加微小的壓力，降低大氣壓強(qiáng)PO與空氣腔內(nèi)壓強(qiáng)Pl的差值，然后，拔出密封塞，大氣中的氣體通過第一密封圈的通氣孔進(jìn)入空氣腔中，從而分離制冷機(jī)構(gòu)與待降溫密室。所述的第一密封圈由橡膠彈性材料制成。所述的PO表示為大氣壓強(qiáng)，Pl為空氣腔內(nèi)壓強(qiáng)，P2為空腔內(nèi)壓強(qiáng)，TO為空氣中溫度，Tl為空氣腔內(nèi)溫度，T2為空腔的溫度。半導(dǎo)體制冷片由多層結(jié)構(gòu)組成，具體包括散熱片、第一導(dǎo)熱板、第一電絕緣導(dǎo)熱層、第一連接片、P型半導(dǎo)體、N型半導(dǎo)體、第二連接片、第二電絕緣導(dǎo)熱層、第二導(dǎo)熱板；電流源通過導(dǎo)線為半導(dǎo)體制冷片提供電力。多個(gè)散熱片固定在第一導(dǎo)熱板上，與第一導(dǎo)熱板充分接觸，將第一導(dǎo)熱板的熱量帶走。第一電絕緣導(dǎo)熱層的上下兩面分別與第一導(dǎo)熱板的下表面和第一連接片的上表面相連接并充分接觸，既起到絕緣的作用，又起到傳熱的作用。第一連接片下表面分別與P型半導(dǎo)體、N型半導(dǎo)體連接，P型半導(dǎo)體、N型半導(dǎo)體是串聯(lián)電路，第一連接片起到導(dǎo)電與生熱的作用。類似地，第二連接片分別與P型半導(dǎo)體、N型半導(dǎo)體連接，第二連接片起到導(dǎo)電與制冷的作用，第二電絕緣導(dǎo)熱層的上下表面分別與第二連接片的下表面和第二導(dǎo)熱板的上表面連接并充分接觸，起到絕緣和導(dǎo)熱的作用，第二導(dǎo)熱板布置在最底層，起到吸收外界熱量的作用。綜上所述，半導(dǎo)體制冷片I在工作時(shí)，能給將第二導(dǎo)熱板一端的熱量吸收并傳遞到散熱器一端，從而實(shí)現(xiàn)制冷效果。本實(shí)用新型的有益效果如下(I)采用本實(shí)用新型裝置，半導(dǎo)體制冷片不必與待制冷平面緊密貼合，降低了貼合技術(shù)的操作難度，例如，待制冷平面為微凸或微凹曲面的情況下，該吸附式裝置仍可工作；(2)本實(shí)用新型裝置利用空氣壓差來產(chǎn)生較強(qiáng)的吸附力，不易脫落；(3)本實(shí)用新型裝置吸氣、進(jìn)氣方便，吸附力可控性強(qiáng)；(4)密封塞與吸附式裝置鏈接，不易丟失。該裝置具有廣泛的用途，可以用于具有光滑表面的儀器或汽車制冷，充當(dāng)微型空調(diào)的作用。

圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；[0024]圖2為本實(shí)用新型工作原理示意圖；圖中，半導(dǎo)體制冷片1、空氣腔2、第一密封圈3、光滑平板4、密室5、絕熱層6、密封塞7、連接線8、圓環(huán)9、電流源10、導(dǎo)線11、散熱片1-1、第一導(dǎo)熱板1-2、第一電絕緣導(dǎo)熱層1-3、第一連接片1-4、P型半導(dǎo)體1-5、N型半導(dǎo)體1-6、第二連接片1_7、第二電絕緣導(dǎo)熱層1-8、第二導(dǎo)熱板1-9。
具體實(shí)施方式
下面，結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。半導(dǎo)體制冷或制熱技術(shù)具有可逆性，本實(shí)用新型僅的吸附式裝置既可制冷，也可制熱，下面就本實(shí)用新型制冷進(jìn)行說明。如圖1所示，半導(dǎo)體制冷的吸附式裝置，包括制冷機(jī)構(gòu)和待降溫密室，具體包括半導(dǎo)體制冷片1、空氣腔2、第一密封圈3、光滑平板4、空腔5、絕熱層6、密封塞7、連接線8、圓環(huán)9。制冷機(jī)構(gòu)包括半導(dǎo)體制冷片1、第一密封圈3、密封塞7、連接線8、圓環(huán)9 ;半導(dǎo)體制冷片I有鑲嵌結(jié)構(gòu)，第一密封圈3的部分鑲嵌在半導(dǎo)體制冷片I上；圓環(huán)9通過焊接技術(shù)固定在半導(dǎo)體制冷片I側(cè)面，并通過連接線8與密封塞7連接；第一密封圈3上開有一個(gè)通氣孔，密封塞8插入通氣孔內(nèi)，并與第一密封圈3緊密配合，防止漏氣。所述的第一密封圈由橡膠彈性材料制成。如圖1中所示，PO表示為大氣壓強(qiáng)，Pl為空氣腔內(nèi)壓強(qiáng)，P2為密室內(nèi)壓強(qiáng)，TO為空氣中溫度，Tl為空氣腔內(nèi)溫度，T2為密室內(nèi)的溫度。待降溫密室包括光滑平板4、空腔5、絕熱層6 ;空腔5是絕熱層6與光滑平板4共同包圍形成的空腔5 ;光滑平板4起到熱傳導(dǎo)的作用，空腔5通過光滑平板4與外界產(chǎn)生熱交換。所述的絕熱層6的橫截面為U型。制冷機(jī)構(gòu)作用于待降溫密室的過程如下將密封塞7從第一密封圈3的通氣孔中拔出后，將整個(gè)制冷機(jī)構(gòu)置于待制冷密室的光滑平板4上面，形成空氣腔2。對半導(dǎo)體制冷片I上表面施加微小的壓力，產(chǎn)生彈性變形，使空氣腔2少量氣體排出腔外。此時(shí)，將密封塞7塞入第一密封圈3的通氣孔中，防止空氣腔2外的氣體進(jìn)入腔內(nèi)。這樣，空氣腔內(nèi)壓強(qiáng)Pl小于大氣壓強(qiáng)PO，產(chǎn)生壓強(qiáng)差，從而將制冷機(jī)構(gòu)貼附于待制冷密室的光滑平板4上?？諝馇粌?nèi)壓強(qiáng)Pl不受密室內(nèi)壓強(qiáng)P2影響。當(dāng)半導(dǎo)體制冷片I工作時(shí)，空氣腔2內(nèi)的熱量被半導(dǎo)體制冷片I吸走，空氣腔內(nèi)溫度Tl降低。同時(shí)，半導(dǎo)體制冷片熱端的熱量消散于大氣中，在局域范圍內(nèi)，導(dǎo)致大氣溫度TO升高。當(dāng)空氣腔內(nèi)溫度Tl持續(xù)下降，最終降低到小于空腔5內(nèi)的溫度T2的時(shí)候，空腔5內(nèi)的熱量將通過具有一定導(dǎo)熱功能的光滑平板傳遞到空氣腔2內(nèi)，導(dǎo)致空腔5溫度T2的降低。因此，制冷機(jī)構(gòu)能夠降低密室的溫度。當(dāng)制冷結(jié)束后，可以對半導(dǎo)體制冷片I施加微小的壓力，降低大氣壓強(qiáng)PO與空氣腔內(nèi)壓強(qiáng)Pl的差值，然后，拔出密封塞7，大氣中的氣體通過第一密封圈3的通氣孔進(jìn)入空氣腔2中，從而分離制冷機(jī)構(gòu)與待降溫密室。如圖2所示，半導(dǎo)體制冷片I由多層結(jié)構(gòu)組成，具體包括散熱片1-1、第一導(dǎo)熱板1-2、第一電絕緣導(dǎo)熱層1-3、第一連接片1-4、P型半導(dǎo)體1-5、N型半導(dǎo)體1_6、第二連接片1-7、第二電絕緣導(dǎo)熱層1-8、第二導(dǎo)熱板1-9 ;電流源10通過導(dǎo)線11為半導(dǎo)體制冷片提供電力。多個(gè)散熱片1-1固定在第一導(dǎo)熱板1-2上，與第一導(dǎo)熱板1-2充分接觸，將第一導(dǎo)熱板1-2的熱量帶走。第一電絕緣導(dǎo)熱層1-3的上下兩面分別與第一導(dǎo)熱板1-2的下表面和第一連接片1-4的上表面相連接并充分接觸，既起到絕緣的作用，又起到傳熱的作用。第一連接片1-4下表面分別與P型半導(dǎo)體1-5、N型半導(dǎo)體1-6連接，P型半導(dǎo)體1-5、N型半導(dǎo)體1-6是串聯(lián)電路，第一連接片1-4起到導(dǎo)電與生熱的作用。類似地，第二連接片1-7分別與P型半導(dǎo)體1_5、N型半導(dǎo)體1-6連接，第二連接片1-7起到導(dǎo)電與制冷的作用，第二電絕緣導(dǎo)熱層1-8的上下表面分別與第二連接片1-7的下表面和第二導(dǎo)熱板1-9的上表面連接并充分接觸，起到絕緣和導(dǎo)熱的作用，第二導(dǎo)熱板1-9布置在最底層，起到吸收外界熱量的作用。綜上所述，半導(dǎo)體制冷片I在工作時(shí)，能給將第二導(dǎo)熱板1-9 一端的熱量吸收并傳遞到散熱器1-1 一端，從而實(shí)現(xiàn)制冷效果。半導(dǎo)體制冷片的工作過程如下半導(dǎo)體制冷片的工作原理主要為珀?duì)柼?yīng)，在理論上，由二種不同金屬組成一對熱電偶，當(dāng)熱電偶通入直流電流后，因直流電通入的方向不同，將在電偶結(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生吸熱和放熱現(xiàn)象。以圖2中所示的一個(gè)P-N結(jié)為例，電子由負(fù)極出發(fā)經(jīng)過第二連接片1-7流向N型半導(dǎo)體，再流過第一連接片1-4，流向P型半導(dǎo)體，最終回到電源正極。由于在N型半導(dǎo)體中主要導(dǎo)電粒子為電子，而N半導(dǎo)體中電子的勢能高于連接片中的電子的勢能，所以當(dāng)電子由第二連接片1-7流向N型半導(dǎo)體時(shí)必然要增加勢能，這部分勢能只能從第二連接片1-7獲得，同時(shí)必然使第二連接片1-7的溫度下降。相反，當(dāng)電子由N型半導(dǎo)體流向第一連接片1-4時(shí)，電子的勢能必然要降低，同時(shí)使第一連接片1-4的溫度升高。而在P型半導(dǎo)體中主要導(dǎo)電粒子為空穴，且流動(dòng)方向與電子的方相反，由電源的正極出發(fā)經(jīng)過第二連接片1-7流向P型半導(dǎo)體，再經(jīng)過第一連接片1-4流向N型半導(dǎo)體最終回到電源的負(fù)極。而P型半導(dǎo)體中空穴的勢能比連接片中空穴的勢能高，因此當(dāng)空穴由第二連接片1-7流向P型半導(dǎo)體時(shí)必然會(huì)吸收能量，使第二連接片1-7的溫度降低，同理當(dāng)空穴由P型半導(dǎo)體流向第一連接片1-4時(shí)會(huì)使其溫度升高。所以半導(dǎo)體制冷的本質(zhì)是由勢能的變化而引起的能量傳遞。
權(quán)利要求1.半導(dǎo)體制冷的吸附式裝置，包括制冷機(jī)構(gòu)和待降溫密室，具體包括半導(dǎo)體制冷片、 空氣腔、第一密封圈、光滑平板、空腔、絕熱層、密封塞、連接線、圓環(huán)；其特征在于制冷機(jī)構(gòu)包括半導(dǎo)體制冷片、第一密封圈、密封塞、連接線、圓環(huán)；半導(dǎo)體制冷片有鑲嵌結(jié)構(gòu)，第一密封圈的部分鑲嵌在半導(dǎo)體制冷片上；圓環(huán)通過焊接固定在半導(dǎo)體制冷片側(cè)面， 并通過連接線與密封塞連接；第一密封圈上開有一個(gè)通氣孔，密封塞插入通氣孔內(nèi)，并與第一密封圈緊密配合；待降溫密室包括光滑平板、空腔、絕熱層；空腔是絕熱層與光滑平板共同包圍形成的； 空腔通過光滑平板與外界產(chǎn)生熱交換；所述的絕熱層的橫截面為U型；所述的半導(dǎo)體制冷片由多層結(jié)構(gòu)組成，具體包括散熱片、第一導(dǎo)熱板、第一電絕緣導(dǎo)熱層、第一連接片、P型半導(dǎo)體、N型半導(dǎo)體、第二連接片、第二電絕緣導(dǎo)熱層、第二導(dǎo)熱板；電流源通過導(dǎo)線為半導(dǎo)體制冷片提供電力；多個(gè)散熱片固定在第一導(dǎo)熱板上，與第一導(dǎo)熱板充分接觸；第一電絕緣導(dǎo)熱層的上下表面分別與第一導(dǎo)熱板的下表面和第一連接片的上表面相連接并充分接觸，第一連接片下表面分別與P型半導(dǎo)體、N型半導(dǎo)體的一端相連接，P型半導(dǎo)體、N型半導(dǎo)體是串聯(lián)電路，第二連接片分別與P型半導(dǎo)體、N型半導(dǎo)體的另一端相連接，第二電絕緣導(dǎo)熱層的上下表面分別與第二連接片的下表面和第二導(dǎo)熱板的上表面連接并充分接觸，第二導(dǎo)熱板布置在最底層。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種半導(dǎo)體制冷的吸附式裝置。本實(shí)用新型包括制冷機(jī)構(gòu)和待降溫密室，制冷機(jī)構(gòu)包括半導(dǎo)體制冷片、第一密封圈、密封塞、連接線、圓環(huán)；半導(dǎo)體制冷片有鑲嵌結(jié)構(gòu)，第一密封圈的部分鑲嵌在半導(dǎo)體制冷片上；圓環(huán)通過焊接固定在半導(dǎo)體制冷片側(cè)面，并通過連接線與密封塞連接；第一密封圈上開有一個(gè)通氣孔，密封塞插入通氣孔內(nèi)，并與第一密封圈緊密配合；待降溫密室包括光滑平板、空腔、絕熱層；空腔是絕熱層與光滑平板共同包圍形成的；空腔通過光滑平板與外界產(chǎn)生熱交換。本實(shí)用新型半導(dǎo)體制冷片不必與待制冷平面緊密貼合，降低了貼合技術(shù)的操作難度，且吸氣、進(jìn)氣方便，吸附力可控性強(qiáng)。
文檔編號(hào)F25B21/02GK202835906SQ20122050219
公開日2013年3月27日 申請日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
發(fā)明者劉光宇, 鄒洪波, 沈國強(qiáng), 許輝, 李兵 申請人:杭州電子科技大學(xué)