設計：散熱翅片24的總面積S滿足公式（II):
[0038]
[0039] 其中，Qh為散熱功率，AT2為散熱翅片24的平均溫度與環(huán)境溫度之差，h為散熱翅 片24與環(huán)境的平均表面換熱系數(shù)。
[0040] 散熱翅片24的面積S滿足上述公式（II)的要求，能夠確保熱量能夠通過散熱翅 片24完成與周圍環(huán)境空氣間的熱交換，達到良好的散熱效果。
[0041] 在本發(fā)明中，導熱絕緣層25的參數(shù)優(yōu)選為：厚度為0.01~0.035mm，熱導率大于 30W/mk，耐壓大于AC500V。
[0042] 導熱絕緣層25的參數(shù)滿足上述要求，能夠使導熱絕緣層25在導熱性能和絕緣性 能上達到最佳平衡，從而在滿足絕緣性能的基礎上達到最佳的導熱效果。
[0043] 上述溫差電制冷集成系統(tǒng)與傳統(tǒng)的溫差電制冷集成系統(tǒng)的具體對比分析如下：
[0044] 結合圖1至3,在現(xiàn)有的溫差電制冷集成系統(tǒng)中，TEC熱端的第一電極14的溫度 Thj到散熱基板16的溫度T撕總熱阻Rt主要由5部分熱阻構成，Rt=R tl+Rt2+Rt3+Rt4+Rt5，其 中，Rtl-第一電極14的傳導熱阻；Rt2-第一電極14與熱端基板11的接觸熱阻；Rt3-熱端基 板11的熱阻；Rt4-熱端基板11與散熱器167的接觸熱阻；Rt5-散熱基板16的傳導熱阻。
[0045] 在本申請的溫差電制冷集成系統(tǒng)中，第一電極26的溫度Th]到散熱基板23的溫度 1；的總熱阻R'奶由五部分熱阻組成，R' t=Rtl+R't2+R't3+R't4+Rt5，其中，Rtl-第一電極 26的傳導熱阻；R't2-第一電極26與導熱絕緣層25的接觸熱阻；R't3-導熱絕緣層25的傳 導熱阻；R't4-導熱絕緣層25與散熱基板23的接觸熱阻；Rt5-散熱基板23的傳導熱阻。
[0046] 由本申請的溫差電制冷集成系統(tǒng)的總熱阻R't=R tl+R' t2+R' t3+R' t4+RtA傳統(tǒng)的 溫差電制冷集成系統(tǒng)的總熱阻Rt= R tl+Rt2+Rt3+Rt4+RtJ#比可知，總熱阻R4與總熱阻R'4勺 差異主要集中在"R' t2+R' t3+R't4 "與"Rt2+Rt3+Rt4"。假設第一電極26總面積為A;熱端基 板11、導熱絕緣層25厚度分別為LdP L2，熱端基板11、導熱絕緣層25的熱導率分別為h 和k2，則熱端基板11的熱阻Rt3、導熱絕緣層25的熱阻R't3分別為：Rt3=L ^(kiA)和R't3 =L2Ak2A)。由于導熱絕緣層25是采用化學及物理方法在散熱基板23(金屬材料，如鋁、 銅）表面涂覆或化學處理得到一層非常薄的金屬導熱且絕緣材料，而且，導熱絕緣層25通 過化學等手段實現(xiàn)與第一電極26間的接合，因此兩個接觸熱阻值R'12和R' t4相對較小； 對于現(xiàn)有溫差制冷集成系統(tǒng)中熱端基板11與散熱基板16采用面-面機械貼合的方案，則 R't4<<Rt4;以傳統(tǒng)的溫差電制冷集成系統(tǒng)中作為熱端基板11使用的A1 203陶瓷的材質 基本參數(shù)為例，L1= 0. 5~1. 0mm，k 17~25W/mk，導熱絕緣層25的對應參數(shù)為L2 = 0. 01~0. 03mm，k2= 25~30W/mk，據(jù)此可以得知R'13比Rt3小1到2個數(shù)量級，而且，在 "Rt2+Rt3+Rt4"中，Rt3占主導地位。因此，R't<<R。
[0047] 由上述分析可知，由于導熱絕緣層25的傳導熱阻遠小于熱端基板11的傳導熱阻， 且導熱絕緣層25與散熱基板23的接觸熱阻小于熱端基板11與散熱基板16的接觸熱阻， 本申請的溫差電制冷集成系統(tǒng)對于第一電極26熱量到散熱基板23的總熱阻遠低于現(xiàn)有的 溫差電制冷集成系統(tǒng)，便于通電的P-N電偶對22在第一電極26上產(chǎn)生的熱量迅速傳導至 散熱基板23上，從而大幅提升了溫差電制冷集成系統(tǒng)的散熱效果，冷端產(chǎn)冷量、制冷系數(shù) 均得到提高。
[0048] 在實際應用中，可以對本申請的溫差電制冷集成系統(tǒng)做以下的附加設計。
[0049] 冷端基板21與第二電極27的連接為粘合連接，其中，冷端基板21與第二電極27 之間可以采用導熱膠進行粘合連接。本方案中，冷端基板21與第二電極27之間采用粘合 連接的連接結構，可以在生產(chǎn)過程中先將P-N電偶對22與第一電極26、第二電極27進行焊 接連接后，冷卻后再進行粘合冷端基板21與第二電極27,可以避免焊接的高溫影響冷端基 板21與第二電極27之間的連接，從而確保產(chǎn)品不受熱膨脹而引起的形變以及確保冷量的 良好輸出。此外，冷端基板21粘屬柔性連接，接較剛性連接的直接焊接法更容易吸收半導 體制冷芯片10工作時內部產(chǎn)生的熱應力，有助于提高半導體制冷芯片的工作可靠性及穩(wěn) 定性。
[0050] 如圖6和圖7所示，在該附圖顯示的溫差電制冷集成系統(tǒng)中，散熱基板23的另一 側通過焊接層28與若干個散熱翅片24連接。該方案通過焊接的方式將散熱基板23和散 熱翅片24進行連接，可以利于散熱翅片24的密集設置，從而可以實現(xiàn)根據(jù)散熱效果的要求 來安裝足夠的散熱翅片24。
[0051] 如圖8所示，在該附圖顯示的溫差電制冷集成系統(tǒng)中，散熱基板23的另一側依順 序設有導熱絕緣層29、金屬層30與焊接層28,焊接層28與若干個散熱翅片24連接。金屬 層30與第一電極26的材質一致。
[0052] 以上所述實施例的各技術特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實 施例中的各個技術特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特征的組合不存 在矛盾，都應當認為是本說明書記載的范圍。
[0053] 以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并 不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來 說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護 范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
【主權項】
1. 一種溫差電制冷集成系統(tǒng)，其特征在于，包括冷端基板、P-N電偶對和散熱器；所述 散熱器設有散熱基板和散熱翅片，所述散熱基板的一側與所述散熱翅片相連接，所述散熱 基板的另一側覆蓋有導熱絕緣層；所述P-N電偶對的一端通過第一電極與所述導熱絕緣層 接合，所述P-N電偶對的另一端通過第二電極與所述冷端基板接合；所述散熱基板的面積 大于所述冷端基板的面積。2. 根據(jù)權利要求1所述的溫差電制冷集成系統(tǒng)，其特征在于，所述散熱基板的厚度H滿 足公式（I):公式（I); 其中，Qh為散熱功率，L為熱量沿傳導方向傳導的長度，k為散熱基板的熱導率，D為散 熱基板的橫截面寬度，ATl為熱源到散熱基板邊界的溫度梯度差。3. 根據(jù)權利要求2所述的溫差電制冷集成系統(tǒng)，其特征在于，所述散熱基板為鋁基板， 所述散熱基板的熱導率為150~250W/mk。4. 根據(jù)權利要求1所述的溫差電制冷集成系統(tǒng)，其特征在于，所述散熱翅片的總面積S 滿足公式（II):公式（II); 其中，Qh為散熱功率，△T2為散熱翅片的平均溫度與環(huán)境溫度之差，h為散熱翅片與環(huán) 境的平均表面換熱系數(shù)。5. 根據(jù)權利要求1所述的溫差電制冷集成系統(tǒng)，其特征在于，所述導熱絕緣層的參數(shù) 為：厚度為〇. 01~〇. 〇35mm，熱導率大于30W/mk，耐壓大于AC500V。6. 根據(jù)權利要求1所述的溫差電制冷集成系統(tǒng)，其特征在于，所述散熱基板通過焊接 層與所述散熱翅片連接。7. 根據(jù)權利要求1所述的溫差電制冷集成系統(tǒng)，其特征在于，所述冷端基板與所述第 二電極為粘合連接。8. 根據(jù)權利要求1所述的溫差電制冷集成系統(tǒng)，其特征在于，所述冷端基板為氧化鋁 陶瓷基板或氮化鋁陶瓷基板。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種溫差電制冷集成系統(tǒng)，其包括冷端基板、P-N電偶對和散熱器；所述散熱器設有散熱基板和散熱翅片，所述散熱基板的一側與所述散熱翅片相連接，所述散熱基板的另一側覆蓋有導熱絕緣層；所述P-N電偶對的一端通過第一電極與所述導熱絕緣層連接，所述P-N電偶對的另一端通過第二電極與所述冷端基板連接；所述散熱基板的面積大于所述冷端基板的面積。本發(fā)明溫差電制冷集成系統(tǒng)有利于熱端的熱量傳遞，可有效提高制冷量及轉換效率。
【IPC分類】F25B21/02
【公開號】CN105091400
【申請?zhí)枴緾N201510591058
【發(fā)明人】高俊嶺
【申請人】廣東富信科技股份有限公司
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年9月16日