一种热电制冷器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种热电制冷器，属于半导体制冷技术领域。
【背景技术】
[0002]半导体制冷由于无需传统制冷结构所需的压缩机等机械单元，在小型化的制冷装置中得到了一定应用。半导体制冷利用了半导体材料的Peltier效应，当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时，在电偶的两端可分别吸收热量和放出热量，实现制冷的目的。
[0003]与传统的制冷装置相比，半导体制冷装置存在的一个不足是热电转换率低，吸热端与放热端的制冷温差较小，无法达到传统制冷装置的制冷效率。为了解决此问题，通常的设计思路是改进半导体材料热臂的导热率。然而，由于半导体材料的导热率与电导率正相关，很难实现在降低导热率的同时提高电导率，这一问题是阻碍热电制冷技术突破的主要瓶颈。
【实用新型内容】
[0004]针对现有技术的不足，本实用新型公开了一种热电制冷器，使用电致发光吸收热电材料中的声子，有效减少热臂中声子的回流量，从而提高热电制冷器的制冷效率。
[0005]具体地说，本实用新型是通过如下技术方案实现的:
[0006]—种热电制冷器，包括半导体热臂和其外缘的电致发光体，第一直流电源联通半导体热臂和电致发光体;半导体热臂的吸热端连接吸热端电极，该吸热端电极接触待制冷目标，半导体热臂的散放热端连接联通第二直流电源的放热端电极，该放热端电极通过导热硅脂连接向外散热的金属热沉。
[0007]通过上述结构改进，第二直流电源为热电制冷器工作提供能源，驱动电子定向运动;第一直流电源为电致发光发生系统提供动力，产生一个偏置电压，加速电子进入发光层与空穴进行复合，产生光子，带走热量，实现制冷。
[0008]其中，所用的电致发光体是P-N型LED。
[0009]其中，第一直流电源和第二直流电源的电压可实现相关器件的工作即可，通常第一直流电源电压为0.1?3V，第二直流电源电压为5V?10V。
[0010]为了提高散热效率，抑制漏电情况，放热端电极通过导热硅脂与导热绝缘陶瓷片连接，导热绝缘陶瓷片通过导热硅脂连接金属热沉。
[0011]在此结构下，陶瓷片能够良好的对电绝缘，同时又保持良好的散热能力(普通导热绝缘陶瓷片的热导率为30?200W/(m.K))。
[0012]在上述中，所用的金属热沉采用导热性能良好的金属材料(通常采用铝或者铜材料)制成具有较大的体表比几何结构。
[0013]本实用新型的技术方案，利用电致发光制冷，通过电子在发射极吸收声子，然后在发光层发生电子-空穴复合释放高能光子，再通过光导材料将热能以光子形式导出，实现吸收的热量大于产生的热量的净制冷，提高了吸热端与放热端的制冷温差，从而改善热电换能效率。
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型的热电制冷器线路结构示意图。
[0015]图2a、2b为本实用新型热电制冷器工作原理示意图。
【具体实施方式】
[0016]参考附图1，显示了本实用新型的热电制冷器的电路结构，包括半导体热臂I，半导体热臂的两端分为吸热端和放热端;第二直流电源8提供驱动电流，通过放热端电极3连接、半导体热臂I及吸热端电极2形成回路，吸热端电极2吸收热量成为吸热端，放热端电极3释放热量形成放放热端;热沉5与放热端电极3连接将热量散发到外界空气中；为了实现良好的电绝缘和热传导，在金属热沉和放热端电极之间设有绝缘陶瓷4进行隔离，放热端电极与绝缘陶瓷通过散热性能良好的硅脂连接，绝缘陶瓷与金属热沉同样由散热性能良好的硅脂连接。
[0017]在半导体热臂的外缘为电致发光体6，第一直流电源7电连接电致发光体和半导体热臂，其工作电压为0.l-3v;第二直流电源8连通半导体热臂的放热端电极，其工作电压为5-10vo
[0018]其中，直流电源连接所用的导线为铜质或铝质导线。
[0019]本实用新型的热电制冷器，第二直流电源为整个系统提供能源，从而在电势差的作用下驱动电子定向运动;第一直流电源为LED电致发光发生系统提供动力，产生一个偏置电压，加速电子进入发光层与空穴进行复合，产生光子，带走热量，实现制冷。
[0020]其中，本实用新型所用的半导体热臂由热电材料制成，可选用PbTe、ZnSb、AgSbTe2、GeTe、CeS 中的一种。
[0021]其中，该电致发光体为P-N型LED，在电作用下实现发光并吸收半导体热臂中的声子，减少回流量，实现热电效率的提高。
[0022]如图2a、2b所示，显示了本实用新型装置的工作原理，图2a显示了半导体热臂的状态，在其两端存在温度梯度，其核心层与外壳层由于连接了直流电源从而独立存在一定的电势差，电子在电势差的驱动下与空穴在LED的发光层复合发光(即激子复合)释放高能光子，再通过光导材料将热能以光子形式导出；参考图2b，显示了在半导体热臂的热流从放热端流向吸热端的过程中，LED的发光层会产生吸热作用，降低热流从而减少声子回流量，提高热电制冷器的整体制冷效率。
【主权项】
1.一种热电制冷器，其特征在于包括半导体热臂和其外缘的电致发光体，第一直流电源联通半导体热臂和电致发光体;半导体热臂的吸热端连接吸热端电极，该吸热端电极接触待制冷目标，半导体热臂的放热端连接第二直流电源的放热端电极，该放热端电极通过导热硅脂连接向外散热的金属热沉。2.根据权利要求1所述的热电制冷器，其特征在于所述电致发光体为P-N型LED。3.根据权利要求1所述的热电制冷器，其特征在于第一直流电源电压为0.1?3V，第二直流电源电压为5V?10V。4.根据权利要求1所述的热电制冷器，其特征在于放热端电极通过导热硅脂与导热绝缘陶瓷片连接，导热绝缘陶瓷片通过导热硅脂连接金属热沉。
【专利摘要】本实用新型公开了一种热电制冷器，包括半导体热臂及其外缘的电致发光体，第一直流电源连接半导体热臂和电致发光体，实现发光制冷；第二直流电源提供驱动电流，电流通过放热端电极、半导体热臂、吸热端电极及放热端电极构成回路。半导体热臂的吸热端与吸热端金属电极连接，放热端与放热端金属电极连接，半导体热臂的放热端通过导热硅脂连接向外散热的金属热沉。本实用新型的热电制冷器通过使用电致发光吸收热电材料中的声子，能够有效减少热臂中声子的回流量，从而提高热电制冷器的制冷效率。
【IPC分类】F25B21/02
【公开号】CN205227913
【申请号】CN201520951210
【发明人】王赞, 王珂, 全磊, 刘雯, 吕香玲, 王炯
【申请人】河南工业大学
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2015年11月25日