一種基于雙電源的串并聯(lián)內(nèi)耦式半導體制冷模塊的制作方法
【專利摘要】一種基于雙電源的串并聯(lián)內(nèi)耦式半導體制冷模塊，由兩級制冷電偶復疊而成，每一級由一對方形p型和n型電偶臂組成。兩級之間通過金屬連接片連接；每個兩級制冷電偶的連接電路為串并混合電路，并由兩個直流電源供電；同樣的一組兩級制冷電偶，通過在電路上采取串聯(lián)方式、在傳熱上采取并聯(lián)方式將它們連接起來，并在其冷端和熱端分別配置導熱陶瓷板，從而構(gòu)成一種基于雙電源的串并聯(lián)內(nèi)耦式半導體制冷模塊。該發(fā)明可有效解決現(xiàn)有的常規(guī)單級半導體所存在的獲取較大制冷量和效率的矛盾問題，滿足較寬的溫差適用范圍的要求。
【專利說明】一種基于雙電源的串并聯(lián)內(nèi)耦式半導體制冷模塊
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導體制冷【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于半導體制冷器的基于雙電源的串并聯(lián)內(nèi)耦式半導體制冷模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]半導體制冷又稱熱電制冷或溫差電制冷，它是利用特種半導體P型和η型材料構(gòu)成的制冷電偶在施加直流電時所具有的顯著珀爾帖熱電效應來實現(xiàn)制冷的一種制冷方式。半導體制冷具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、制冷迅速、操作簡單、容易實現(xiàn)高精度的溫度控制等優(yōu)點，在工業(yè)、電子、醫(yī)療、軍事和航空航天等領(lǐng)域有著廣泛的應用。然而，半導體制冷的主要缺點是它的制冷效率低，這主要是由于目前使用的半導體材料的優(yōu)值系數(shù)本身不大所造成的，在很大程度上限制了半導體制冷的推廣和應用。因此，在目前缺少更好的半導體材料情況下，通過改進半導體制冷模塊的結(jié)構(gòu)設計來提高半導體制冷性能也就成為這一【技術(shù)領(lǐng)域】中重要的發(fā)展方向之一。
[0003]目前，在半導體制冷器中廣泛使用的是單級半導體制冷模塊，它一般是由許多單級制冷電偶通過電路串聯(lián)而成，并配置單個直流電源供電工作。這種連接方式的單級半導體制冷模塊，當施加電流改變時，分別存在著最大制冷量工況和最佳效率工況。為獲得大的制冷量，往往就要犧牲效率，這一直是現(xiàn)有常規(guī)單級半導體制冷模塊在實際應用中的技術(shù)難點。針對這一問題，本發(fā)明技術(shù)旨在提供一種可行解決方案，即一種串并聯(lián)內(nèi)耦式半導體制冷模塊，通過采用雙電源供電方式，以及對一組制冷電偶在內(nèi)部將電偶臂分成兩級，并在電路上采取串聯(lián)與并聯(lián)耦合方式連接，在傳熱上串并聯(lián)連接，構(gòu)成一種新的內(nèi)耦式半導體制冷模塊。該半導體制冷模塊能有效地解決現(xiàn)有常規(guī)單級半導體制冷模塊所存在的不能同時獲得較大制冷量與效率的矛盾問題。同時，它既可以適用于較小制冷溫差的要求(即現(xiàn)有常規(guī)單級半導體制冷模塊的應用范圍)，也可以滿足較大制冷溫差的要求。因此，這一技術(shù)方案將會促進半導體制冷在未來將得到很好的發(fā)展和更廣泛的應用，而且也會帶來更好的經(jīng)濟效益和社會效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷和不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于雙電源的串并聯(lián)內(nèi)耦式半導體制冷模塊，有效地解決現(xiàn)有常規(guī)單級半導體制冷模塊所存在的不能同時獲得較大制冷量與效率的矛盾問題；同時，它既可以適用于較小制冷溫差的要求，也可以滿足較大制冷溫差的要求。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明所采用的具體技術(shù)方案是:
[0006]一種基于雙電源的串并聯(lián)內(nèi)耦式半導體制冷模塊，由一組同樣的串并聯(lián)內(nèi)耦式制冷電偶單元構(gòu)成，在第一個串并聯(lián)內(nèi)耦式制冷電偶單元中:第一級P型電臂側(cè)連接片105、第一級P型電臂106、第二級P型電臂側(cè)連接片107、第二級P型電臂108、熱端連接片109、第二級η型電臂110、第二級η型電臂側(cè)連接片111、第一級η型電臂112以及第一級η型電臂側(cè)連接片113依次連接；第二個串并聯(lián)內(nèi)耦式制冷電偶單元中的兩級P型和η型電偶臂構(gòu)成及連接方式與第一個的相同，它又通過第二級η型電臂側(cè)連接片111和第一級η型電臂側(cè)連接片113與第一個串并聯(lián)內(nèi)耦式制冷電偶單元相連接；后續(xù)的各個制冷電偶單元以同樣的方式依次連接；冷端陶瓷板103與所有串并聯(lián)內(nèi)耦式制冷電偶單元中的第一級電臂側(cè)連接片相連接；熱端陶瓷板104與所有串并聯(lián)內(nèi)耦式制冷電偶單元中的熱端連接片相連接；第二級電源101的正極和第一個串并聯(lián)內(nèi)耦式制冷電偶單元的第二級P型電臂側(cè)連接片107相連接，第二級電源101的負極和最后一個串并聯(lián)內(nèi)耦式制冷電偶單元的第二級η型電臂側(cè)連接片相連接；第一級電源102的正極與第一個串并聯(lián)內(nèi)耦式制冷電偶單元的第一級P型電臂側(cè)連接片105相連，第一級電源102的負極與最后一個串并聯(lián)內(nèi)耦式制冷電偶單元的第一級η型電臂側(cè)連接片相連接。通過以上連接方式，構(gòu)成了所提出的基于雙電源的串并聯(lián)內(nèi)耦式半導體制冷模塊。
[0007]在本發(fā)明制冷模塊中，每一個制冷電偶單元內(nèi)被分成兩級，每一級由一對方形P型和η型電偶臂構(gòu)成；兩級之間通過金屬連接片實現(xiàn)熱傳遞；每個制冷電偶的連接電路為串并聯(lián)混合電路，并由兩個直流電源供電；再由一組同樣的兩級制冷電偶單元，通過在電路上采取串聯(lián)方式、在傳熱上采取并聯(lián)方式將它們連接起來，并在其冷端和熱端分別配置導熱陶瓷板，從而構(gòu)成一種基于雙電源的串并聯(lián)內(nèi)耦式半導體制冷模塊。通過采用雙電源供電方式，該半導體制冷模塊能有效地解決現(xiàn)有常規(guī)單級半導體制冷模塊所存在的不能同時獲得較大制冷量與效率的矛盾問題。同時，它既可以適用于較小制冷溫差的要求(即現(xiàn)有常規(guī)單級半導體制冷模塊的應用范圍)，也可以滿足較大制冷溫差的要求。因此，這一技術(shù)方案將會促進半導體制冷在未來將得到很好的發(fā)展和更廣泛的應用，而且也會帶來更好的經(jīng)濟效益和社會效益。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]附圖為本發(fā)明制冷模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0009]如附圖所示，本發(fā)明一種基于雙電源的串并聯(lián)內(nèi)耦式半導體制冷模塊，其特征在于:由一組同樣的串并聯(lián)內(nèi)耦式制冷電偶單元構(gòu)成，在第一個串并聯(lián)內(nèi)耦式制冷電偶單元中:第一級P型電臂側(cè)連接片105、第一級P型電臂106、第二級P型電臂側(cè)連接片107、第二級P型電臂108、熱端連接片109、第二級η型電臂110、第二級η型電臂側(cè)連接片111、第一級η型電臂112以及第一級η型電臂側(cè)連接片113依次連接。第二個串并聯(lián)內(nèi)耦式制冷電偶單元中的兩級P型和η型電偶臂構(gòu)成及連接方式與第一個的相同，它又通過第二級η型電臂側(cè)連接片111和第一級η型電臂側(cè)連接片113與第一個串并聯(lián)內(nèi)耦式制冷電偶單元相連接；后續(xù)的各個制冷電偶單元以同樣的方式依次連接。冷端陶瓷板103與所有串并聯(lián)內(nèi)耦式制冷電偶單元中的第一級電臂側(cè)連接片相連接；熱端陶瓷板104與所有串并聯(lián)內(nèi)耦式制冷電偶單元中的熱端連接片相連接。第二級電源101的正極和第一個串并聯(lián)內(nèi)耦式制冷電偶單元的第二級P型電臂側(cè)連接片107相連接，第二級電源101的負極和最后一個串并聯(lián)內(nèi)耦式制冷電偶單元的第二級η型電臂側(cè)連接片相連接；第一級電源102的正極與第一個串并聯(lián)內(nèi)耦式制冷電偶單元的第一級P型電臂側(cè)連接片105相連，第一級電源102的負極與最后一個串并聯(lián)內(nèi)耦式制冷電偶單元的第一級η型電臂側(cè)連接片相連接。通過以上連接方式，構(gòu)成了所提出的基于雙電源的串并聯(lián)內(nèi)耦式半導體制冷模塊。
[0010] 本發(fā)明的工作原理為:在該雙電源的串并聯(lián)內(nèi)耦式半導體制冷模塊中電源接通之后，由第一級電源102和第二級電源101分別通過第一級P型電臂側(cè)連接片105和第二級P型電臂側(cè)連接片107向制冷模塊聯(lián)合供給電流，在第一級P型和η型電臂及第二級P型和η型電臂中產(chǎn)生工作電流，由此通過所有制冷電偶的珀爾帖效應，該制冷模塊在冷端陶瓷板103處吸收熱量，達到制冷效果，同時，會在熱端陶瓷板104處放出熱量。
【權(quán)利要求】
1.一種基于雙電源的串并聯(lián)內(nèi)耦式半導體制冷模塊，其特征在于:由一組同樣的串并聯(lián)內(nèi)耦式制冷電偶單元構(gòu)成，在第一個串并聯(lián)內(nèi)耦式制冷電偶單元中:第一級P型電臂側(cè)連接片(105)、第一級P型電臂(106)、第二級P型電臂側(cè)連接片(107)、第二級p型電臂(108)、熱端連接片(109)、第二級η型電臂(110)、第二級η型電臂側(cè)連接片(111)、第一級η型電臂(112 )以及第一級η型電臂側(cè)連接片(113)依次連接； 第二個串并聯(lián)內(nèi)耦式制冷電偶單元中的兩級P型和η型電偶臂構(gòu)成及連接方式與第一個的相同，它又通過第二級η型電臂側(cè)連接片(111)和第一級η型電臂側(cè)連接片(113)與第一個串并聯(lián)內(nèi)耦式制冷電偶單元相連接；后續(xù)的各個制冷電偶單元以同樣的方式依次連接; 冷端陶瓷板103與所有串并聯(lián)內(nèi)耦式制冷電偶單元中的第一級電臂側(cè)連接片相連接；熱端陶瓷板104與所有串并聯(lián)內(nèi)耦式制冷電偶單元中的熱端連接片相連接； 第二級電源(101)的正極和第一個串并聯(lián)內(nèi)耦式制冷電偶單元的第二級P型電臂側(cè)連接片(107)相連接，第二級電源(101)的負極和最后一個串并聯(lián)內(nèi)耦式制冷電偶單元的第二級η型電臂側(cè)連接片相連接；第一級電源(102)的正極與第一個串并聯(lián)內(nèi)耦式制冷電偶單元的第一級P型電臂側(cè)連接片(105)相連，第一級電源(102)的負極與最后一個串并聯(lián)內(nèi)耦式制冷電偶單元的第一級η型電臂側(cè)連接片相連接。
【文檔編號】H01L23/34GK103779288SQ201410025314
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月18日
【發(fā)明者】魚劍琳, 馬明, 陳佳恒 申請人:西安交通大學