專利名稱：高效率、低功耗和低致冷溫度的微型溫差電致冷裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體致冷技術(shù)，特別涉及一種高效率、低功耗和低致冷溫度的微型溫差電致冷裝置。
背景技術(shù)：
溫差電致冷器的工作原理基于半導(dǎo)體材料的帕爾貼效應(yīng)，即當(dāng)直流電流通過兩種不同半導(dǎo)體材料構(gòu)成的回路時(shí)，兩種半導(dǎo)體材料中的電子和空穴在通電回路內(nèi)產(chǎn)生的電勢能變化導(dǎo)致兩種材料出現(xiàn)吸熱和放熱相反的性質(zhì)。在實(shí)際應(yīng)用中，一般將不同半導(dǎo)體材料組合構(gòu)成熱電堆，然后向熱電堆通以直流電流，此時(shí)熱電堆的其中一個(gè)表面將吸收熱量(因此稱為冷端)而另一個(gè)表面將釋放熱量(以下稱為熱端)，由此獲得致冷或致熱效果。
在熱平衡狀態(tài)下，冷端的致冷量等于冷端產(chǎn)生的帕爾帖冷量減去電流通過冷端產(chǎn)生的焦耳熱和由熱端傳入冷端的熱量。為了提高致冷性能，除了選擇適當(dāng)?shù)墓ぷ麟娏骱碗姽β室詼p少冷端產(chǎn)生的焦耳熱以外，更為重要的是改善溫差電致冷器熱端的傳導(dǎo)散熱方式，使熱端釋放的熱量被盡快交換到環(huán)境出去，否則，冷端的溫度將難以大幅度降低。例如，當(dāng)現(xiàn)有溫差電致冷裝置工作在28℃的環(huán)境溫度下時(shí)，由于未能解決散熱問題，熱端溫度一般都保持在50℃左右，這導(dǎo)致冷端溫度始終無法降低至4℃以下。
2003年4月2日授權(quán)的中國實(shí)用新型專利02227109.0揭示了一種采用強(qiáng)迫通風(fēng)與強(qiáng)迫環(huán)流散熱的溫差電致冷器，包括由半導(dǎo)體熱電堆、貼合熱電堆冷端面的吸冷片及風(fēng)扇組成的制冷裝置，由貼合在熱電堆熱端面的吸熱器、散熱循環(huán)管路、翅片式散熱器及風(fēng)扇組成的散熱裝置。散冷風(fēng)扇套裝在吸冷片上，吸熱器內(nèi)有供傳熱介質(zhì)流動(dòng)循環(huán)的管道，管道的出口與循環(huán)管路連通，管路與貯存?zhèn)鳠峤橘|(zhì)的儲(chǔ)液箱連通，儲(chǔ)液箱內(nèi)設(shè)置有強(qiáng)制傳熱介質(zhì)循環(huán)的微型泵。這種結(jié)構(gòu)的溫差電致冷器具有較強(qiáng)的環(huán)流及對流散熱能力，致冷量較大，但是為了提高散熱效果，勢必要通過增加散熱器和吸熱器管道的長度來增加熱交換面積，因此整個(gè)裝置難以做到微型化，而且管道長度的增加使得微型泵的功耗也相應(yīng)增大。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種溫差電致冷裝置，它具有效率高、功耗低、致冷溫度低并且可以微型化的優(yōu)點(diǎn)。
本實(shí)用新型的上述發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種高效率、低功耗和低致冷溫度的微型溫差電致冷裝置，包括半導(dǎo)體熱電堆元件、安裝在熱電堆元件冷端面上的致冷單元以及安裝在熱電堆元件熱端面上的散熱單元，所述散熱單元包含吸熱器，其內(nèi)部開設(shè)有腔體并且外表面緊貼熱電堆元件的熱端面；散熱組件，其包含多片表面相向緊密排列的散熱鋁箔片；至少一組散熱管組，每組由多根穿過散熱鋁箔片并且內(nèi)部可通入傳熱介質(zhì)的散熱管、輸入腔和輸出腔組成，散熱管輸入傳熱介質(zhì)的端口和輸出傳熱介質(zhì)的端口分別匯接入輸入腔和輸出腔；插入散熱管內(nèi)的緩流棒，其外表面呈螺旋狀；微型軸流風(fēng)扇，其軸向垂直于散熱管組；連接在吸熱器、散熱管組輸入腔和輸出腔之間以構(gòu)成第一循環(huán)管路的管道；設(shè)置于第一循環(huán)管路內(nèi)的微型泵。
比較好的是，在上述高效率、低功耗和低致冷溫度的微型溫差電致冷裝置中，多組所述散熱組件串聯(lián)和/或并聯(lián)在所述第一循環(huán)管路內(nèi)。
比較好的是，在上述高效率、低功耗和低致冷溫度的微型溫差電致冷裝置中，所述致冷單元包含第一吸冷器，其內(nèi)部開設(shè)有腔體并且外表面緊貼熱電堆元件的冷端面；第二吸冷器，其內(nèi)部開設(shè)有腔體；連接在第一與第二吸冷器進(jìn)出端口之間以構(gòu)成第二循環(huán)管路的管道；設(shè)置于第二循環(huán)管路內(nèi)的微型泵。
比較好的是，在上述高效率、低功耗和低致冷溫度的微型溫差電致冷裝置中，所述微型泵為微型磁旋轉(zhuǎn)動(dòng)力泵，可選用的流量為150升/小時(shí)，揚(yáng)程0.5米，功耗5瓦。
比較好的是，在上述高效率、低功耗和低致冷溫度的微型溫差電致冷裝置中，所述微型軸流風(fēng)扇為用于冷卻CPU芯片的微型風(fēng)扇，工作電壓為直流12伏，工作電流為0.10～0.45安培。
比較好的是，在上述高效率、低功耗和低致冷溫度的微型溫差電致冷裝置中，所述吸熱器腔體內(nèi)插入有若干分隔板。
由于本實(shí)用新型的溫差電致冷裝置采用了結(jié)構(gòu)緊湊、高效的散熱單元，因此可減少整個(gè)裝置的占用空間并充分改善熱端的散熱能力，使返回吸熱器的散熱工質(zhì)溫度非常接近環(huán)境溫度，冷端溫度大幅度降低。微型化組成部件無需220伏交流電源供電，在較低工作電壓下即可運(yùn)行，因此具有很好的安全可靠性。微型泵的使用使得僅需200毫升的散熱工質(zhì)即可完成循環(huán)。


通過
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明較佳實(shí)施例的描述，可以進(jìn)一步理解本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，其中圖1為按照本實(shí)用新型第一較佳實(shí)施例的示意圖。
圖2為圖1所示散熱組件結(jié)構(gòu)的俯視示意圖。
圖3為按照本實(shí)用新型第二較佳實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施方式
以下借助附圖描述本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例。
第一實(shí)施例圖1為按照本實(shí)用新型第一較佳實(shí)施例的示意圖。如圖1所示，微型溫差電致冷裝置包括半導(dǎo)體熱電堆元件1、安裝在熱電堆元件冷端面上的致冷單元2以及安裝在熱電堆元件熱端面上的散熱單元3。
在致冷單元2中，吸冷器2a其中一面緊貼熱電堆元件1的冷端面，軸向風(fēng)扇2b面對吸熱器2a安裝，其軸向垂直于吸熱器2a的表面。散熱單元3包含吸熱器3a、散熱組件3b、微型軸流風(fēng)扇3c、管道3d和微型泵3e，其中，吸熱器3a內(nèi)部開設(shè)有腔體并且外表面緊貼熱電堆元件1的熱端面，并通過雙管道3d連接至散熱管組3b以構(gòu)成第一循環(huán)管路，微型泵3e設(shè)置于第一循環(huán)管路內(nèi)，由于采用腔體結(jié)構(gòu)，因此提高了吸熱器的熱傳導(dǎo)系數(shù)，增加了其與熱端的接觸面積，并且減小了傳熱介質(zhì)的流阻，為了進(jìn)一步提高傳熱能力，可考慮在吸熱器3a的腔體內(nèi)插入若干分隔板，這些分隔板將腔體空間分隔為多個(gè)腔室，從而增加了散熱工質(zhì)與吸熱器的換熱面積；微型軸流風(fēng)扇3c可采用用于冷卻CPU芯片的微型風(fēng)扇，其工作電壓為直流12伏，工作電流為0.10～0.45安培，其安裝位置為軸向垂直于散熱管組3b。
圖2為圖1所示散熱組件3b的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，散熱組件3b包含多片散熱鋁箔片31(圖中以垂直方向的直線表示)、多根散熱管32(圖中以帶陰影的水平方向矩形條表示)、輸入腔33和輸出腔34、緩流棒(未畫出)。散熱管32、輸入腔33和輸出腔34構(gòu)成散熱管組，散熱管32內(nèi)可通以傳熱介質(zhì)(例如100℃時(shí)不會(huì)沸騰而0℃時(shí)不會(huì)凍結(jié)的液體)，并且散熱管輸入傳熱介質(zhì)的端口和輸出傳熱介質(zhì)的端口分別匯接入輸入腔33和輸出腔34，而輸入腔33和輸出腔34又與前述圖1中的管道3d連通，因此在微型泵3e的驅(qū)動(dòng)下，傳熱介質(zhì)不斷地沿著如下的閉合回路循環(huán)流動(dòng)吸熱器3a管道3d微型泵3e散熱組件3b管道3d吸熱器3a。
緩流棒插入散熱管32內(nèi)，其外表面呈螺旋狀，當(dāng)傳熱介質(zhì)流經(jīng)插入緩流棒的散熱管32時(shí)，介質(zhì)旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，流速減慢并且與散熱管管壁表面的接觸時(shí)間增加，因此散熱效率得到大幅度提高。若采用微型磁旋轉(zhuǎn)動(dòng)力泵作為微型泵，則其流量可以達(dá)到150升/小時(shí)，揚(yáng)程0.6～0.4米，功耗僅為4～6瓦。
多片散熱鋁箔片31表面相向地緊密排列，散熱管32的安裝位置為基本平行地穿過散熱鋁箔片31。由于鋁箔片的厚度很薄，因此片數(shù)可以很多，從而增加了單位長度內(nèi)散熱鋁箔片的密度，這大大提升了散熱組件的散熱能力。
本實(shí)施例的溫差電致冷裝置由于采用了結(jié)構(gòu)緊湊而高效的散熱組件，并且各組成部件可實(shí)現(xiàn)微型化，因此減少了整個(gè)裝置的功耗和占用空間，使得可以在較低的工作電壓下運(yùn)行而無需220伏交流電源供電，這極大地提高了安全可靠性。由于熱端散熱能力得到了充分的改善，因此可將熱端輸入溫度與環(huán)境溫度的溫差控制在0.5～1℃左右，冷端溫度大幅度降低。
第二實(shí)施例圖3為按照本實(shí)用新型第二較佳實(shí)施例的示意圖。如圖3所示，微型溫差電致冷裝置包括半導(dǎo)體熱電堆元件1、安裝在熱電堆元件冷端面上的致冷單元2以及安裝在熱電堆元件熱端面上的散熱單元3。
圖3所示的致冷單元2包括第一和第二吸冷器2a、2c、管道2d和微型泵2e，其中，第二吸熱器2a內(nèi)部開設(shè)有腔體并且外表面緊貼熱電堆元件1的冷端面，第二吸冷器2c內(nèi)部開設(shè)有腔體并且外表面緊貼需要冷卻的物體，其通過雙管道2d連接至第一吸冷器2a以構(gòu)成第二循環(huán)管路，微型泵2e設(shè)置于第二循環(huán)管路內(nèi)。由此，在微型泵2e的驅(qū)動(dòng)下，傳熱介質(zhì)不斷地沿著如下的閉合回路循環(huán)流動(dòng)第一吸冷器2a管道2d微型泵2e第二吸冷器2c管道2d第一吸冷器2a。
與第一實(shí)施例相比，為了進(jìn)一步提高散熱能力，如圖3所示，本實(shí)施例的散熱單元3包含串聯(lián)在第一循環(huán)管路內(nèi)的散熱組件3b-1和3b-2，并且每個(gè)散熱組件都配備了微型軸流風(fēng)扇3c-1和3c-2。顯然，也可根據(jù)需要將散熱組件3b-1和3b-2并聯(lián)在第二循環(huán)管路內(nèi)，且散熱組件的數(shù)量也不僅限于2個(gè)。
值得指出的是，本實(shí)施例除了具備第一實(shí)施例所具有的優(yōu)點(diǎn)之外，還具備散熱能力更強(qiáng)、應(yīng)用場合靈活和冷卻效率更高的優(yōu)點(diǎn)。具體而言，由于可以借助致冷單元內(nèi)的第二循環(huán)管路將熱電堆元件1產(chǎn)生的冷量從第一吸冷器2a快速而低損耗地引至第二吸冷器2c，因此本實(shí)施例的溫差電致冷裝置可以靈活應(yīng)用于被冷卻物體不宜靠近熱電堆元件的場合，而且可以將第二吸冷器2c的表面尺寸和形狀做得與被冷卻物體的表面相配合以最大限度地提高冷卻效率。
權(quán)利要求1.一種高效率、低功耗和低致冷溫度的微型溫差電致冷裝置，包括半導(dǎo)體熱電堆元件、安裝在熱電堆元件冷端面上的致冷單元以及安裝在熱電堆元件熱端面上的散熱單元，其特征在于，所述散熱單元包含吸熱器，其內(nèi)部開設(shè)有腔體并且外表面緊貼熱電堆元件的熱端面；散熱組件，其包含多片表面相向緊密排列的散熱鋁箔片；至少一組散熱管組，每組由多根穿過散熱鋁箔片并且內(nèi)部可通入傳熱介質(zhì)的散熱管、輸入腔和輸出腔組成，散熱管輸入傳熱介質(zhì)的端口和輸出傳熱介質(zhì)的端口分別匯接入輸入腔和輸出腔；插入散熱管內(nèi)的緩流棒，其外表面呈螺旋狀；微型軸流風(fēng)扇，其軸向垂直于散熱管組；連接在吸熱器、散熱管組輸入腔和輸出腔之間以構(gòu)成第一循環(huán)管路的管道；設(shè)置于第一循環(huán)管路內(nèi)的微型泵。
2.如權(quán)利要求1所述的高效率、低功耗和低致冷溫度的微型溫差電致冷裝置，其特征在于，多組所述散熱組件串聯(lián)和/或并聯(lián)在所述第一循環(huán)管路內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的高效率、低功耗和低致冷溫度的微型溫差電致冷裝置，其特征在于，所述致冷單元包含第一吸冷器，其內(nèi)部開設(shè)有腔體并且外表面緊貼熱電堆元件的冷端面；第二吸冷器，其內(nèi)部開設(shè)有腔體；連接在第一與第二吸冷器進(jìn)出端口之間以構(gòu)成第二循環(huán)管路的管道；設(shè)置于第二循環(huán)管路內(nèi)的微型泵。
4.如權(quán)利要求3所述的高效率、低功耗和低致冷溫度的微型溫差電致冷裝置，其特征在于，所述微型泵為微型磁旋轉(zhuǎn)動(dòng)力泵，可選用的流量為150升/小時(shí)，揚(yáng)程0.5米，功耗5瓦。
5.如權(quán)利要求4所述的高效率、低功耗和低致冷溫度的微型溫差電致冷裝置，其特征在于，所述微型軸流風(fēng)扇為用于冷卻CPU芯片的微型風(fēng)扇，工作電壓為直流12伏，工作電流為0.10～0.45安培。
6.如權(quán)利要求1、2或5中任意一項(xiàng)所述的高效率、低功耗和低致冷溫度的微型溫差電致冷裝置，其特征在于，所述吸熱器腔體內(nèi)插入有若干分隔板。
專利摘要一種溫差電致冷裝置，其散熱單元包含吸熱器，其內(nèi)部開設(shè)有腔體并且外表面緊貼熱電堆元件的熱端面；散熱組件，包含多片表面相向緊密排列的散熱鋁箔片；至少一組散熱管組，每組由多根穿過散熱鋁箔片并且內(nèi)部可通入傳熱介質(zhì)的散熱管、輸入腔和輸出腔組成，散熱管輸入傳熱介質(zhì)的端口和輸出傳熱介質(zhì)的端口分別匯接入輸入腔和輸出腔；插入散熱管內(nèi)的緩流棒，外表面呈螺旋狀；微型軸流風(fēng)扇，其軸向垂直于散熱管組；連接在吸熱器、散熱管組輸入腔和輸出腔之間以構(gòu)成第一循環(huán)管路的管道；設(shè)置于循環(huán)管路內(nèi)的微型泵。散熱單元緊湊、高效的結(jié)構(gòu)可減少整個(gè)裝置的占用空間并充分改善熱端的散熱能力，返回吸熱器的散熱工質(zhì)溫度非常接近環(huán)境溫度，冷端溫度大幅度降低。此外，微型化組成部件無需220伏交流電源供電而是可工作于較低的電壓。
文檔編號F25B21/02GK2658654SQ20032010785
公開日2004年11月24日 申請日期2003年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月7日
發(fā)明者韋開森, 楊少民 申請人:上海成化機(jī)械有限公司