热电组件的制作方法

文档序号:9439182
热电组件的制作方法
【专利说明】热电组件
[0001]相关申请的交叉参考
[0002]本申请要求于2013年3月15日提交的美国实用新型专利申请第13/838,832号的权益和优先权。以上申请的整体公开通过参考结合于此。
技术领域
[0003]本公开总体涉及热电组件垫片。
【背景技术】
[0004]本部分提供与本公开相关的背景信息,其不必一定是现有技术。
[0005]珀尔帖(Peltier)效应是在两种不同类型的材料的接合处之间产生热通量的效应。热电模块(TEM)是利用珀尔帖效应将热从TEM的一侧(“冷侧”)传递到TEM的另一侧(“热侧”)的半导体器件。TEM(固态珀尔帖器件)在将DC电源施加至TEM时有效地充当热栗。根据电流方向,热从一侧到另一侧移动通过TEM,消耗电能。这样的仪器还可以被称为珀尔帖冷却器或加热器、热电热栗、珀尔帖热栗、固态制冷器、热电冷却器(TEC)、或热电模块(TEM)。TEM可用于加热或用于冷却(制冷),但是实际上,主要应用是冷却。
[0006]热电组件(TEA)通常包括一对风扇散热器(fan sink),这一对风扇散热器在相反方向上面向外并且在它们的底座处与一个或更多个TEM相交。TEA可以包括冷侧风扇散热器、热侧风扇散热器和设置在风扇散热器之间的多个TEM。风扇散热器典型地包括风扇,风扇通常通过使用在散热器鳍片上方的风扇罩被安装在散热器上或者附近。TEA还可以包括包围TEM的泡沫垫片。TEM可以被布置成单个电路或一系列并联电路。风扇散热器均可以与TEM散热器底座热接触。

【发明内容】

[0007]本部分提供本公开的总体概述,但不是其整个范围或所有其特征的全面公开。
[0008]一方面,热电组件具有冷侧和热侧。热侧和冷侧之间的边界通常可以由一平面限定。一个或更多个热电模块可以在该平面中并且被布置成一个电路或多个并联电路,并且与热侧和冷侧二者直接热接触。
[0009]热侧和冷侧二者均包括单个风扇散热器,其中,风扇散热器是散热器和风扇,每个风扇包括叶片,并且每个散热器包括鳍片集合,其中,鳍片集合是散热器底座上的一系列平行突起,这些平行突起在单个排气方向上对齐。散热器和通过热侧和冷侧之间的划分限定的平面可以在风扇罩内对角倾斜,使得整个热电组件可以完全安装在表面的一侧(诸如,垂直壁)上。
[0010]在一个实施方式中,每个风扇散热器拥有进气方向,进气方向由叶片围绕其可旋转地附接到风扇的轴限定。冷侧上的一对风扇散热器的进气方向是平行的相反矢量。
[0011]可应用性的其它范围将从本文中提供的描述变得明显。本
【发明内容】
中的描述和具体示例旨在仅用于说明目的,而不旨在限制本公开的范围。
【附图说明】
[0012]本文中描述的附图仅用于所选实施方式的说明目的而不用于所有可能实现,并且不旨在限制本公开的范围。
[0013]图1A示出传统热电组件的一侧的立体图;
[0014]图1B示出图1A中所示的传统热电组件的另一侧的立体图;
[0015]图1C示出图1A和图1B中所示的传统热电组件的实施方式的气流图;
[0016]图2A示出单片式散热器的截面示例;
[0017]图2B示出多片式散热器的截面示例;
[0018]图3示出热电组件的实施方式的温度梯度图;
[0019]图4A示出安装在一表面上的热电组件的实施方式的气流图,该气流图示出安装在将由热电组件冷却的腔体外侧的组件;
[0020]图4B示出安装在一表面上的热电组件的实施方式的气流图,该气流图示出安装在将由热电组件冷却的腔体内侧的组件;以及
[0021]图5示出热电组件的实施方式的比较测试数据。
【具体实施方式】
[0022]现在,将参照附图更充分地描述示例性实施方式。
[0023]TEA通常如下操作:在冷侧上,风扇使周围空气进入由散热器鳍片之间的空间限定的散热器通道中,从而将大量环境空气吸入到冷侧鳍片上方,以便于在冷侧上最后的空气到金属热传递。TEM与散热器的底座物理热接触。TEM将热能从冷侧的散热器底座抽吸到热侧的散热器的底座上。随着热侧的散热器由于由TEM抽吸到热侧的散热器的热而变暖,通过穿过热侧的散热器的鳍片吸入环境空气并且从热侧空气通道排出暖空气,热侧风扇冷却热侧的散热器的鳍片。本质上,TEM将热从该单元的一侧抽吸到另一侧,同时风扇散热器提供大量的表面积和通过其的气流,以使得能够进行有效热传递。
[0024]风扇散热器是用于强制空气对流的已知机构,强制空气对流提供更有效的空气到金属或金属到空气热传递。另外,强制对流机构通过环境空气的连续移动,帮助防止散热器材料的氧化。风扇散热器包括特定风扇和散热器构造,一种风扇和散热器构造是:风扇叶片围绕其转动的轴垂直指向由散热器的底座限定的平面,使得环境空气朝向散热器的底座被吸入到鳍片集合中并且从鳍片集合的任一侧排出。
[0025]热电模块是基本固态的热栗,包括正掺杂模块和负掺杂模块。热电模块可以布置成单个串联电路或多个并联电路、或其任何组合。在非限制性实施方式中,例如,在TEA中存在八个TEM的情况下,TEM可以被布置成各自具有两个串联连接的TEM的四个并联电路、各自具有四个串联连接的TEM的两个并联电路、或者可以是每个都在单个电路上的八个单独 TEM0
[0026]如本文中引用的,术语“热侧”和“冷侧”不必须指示作为按照字面意思的“热”或“冷”的一侧。而是,本文中公开的TEA的目的是将热从冷侧传递到热侧,从而给冷侧提供相对冷却。例如,安装有TEA装置的屋顶供电室将热从温暖的内部传递到可能较冷的外部环境。相反,通过将热从较冷的冷侧传递到较暖的热侧,可以冷却比周围环境室温更冷的安装在室内冷酒器或冰酒器上的TEA装置。同样地,术语“热侧”和“冷侧”不旨在限于字面意义上是热或冷的侧,而仅旨在示出TEA的可能热流的实施方式。
[0027]参照附图,在图1A和图1B中可以看到现有技术的TEA 100。该TEA的热侧的风扇散热器102和冷侧的风扇散热器104 二者包括散热器108和风扇106,其中,风扇进气方向垂直于散热器的底座。另外,两个风扇进气方向可以被表不为相反矢量。散热器底座与一平面相交,在该平面中,TEM与两个散热器直接热接触。
[0028]如在图1C的二维侧视气流图中看到的,进气方向110垂直于该平面,并且与排气方向112 —起形成基本十字形状。TEA 100的热侧102和冷侧104 二者都包括单个进气方向110和一对排气方向112,空气在两个相反方向上流出相应散热器108的鳍片。
[0029]当被安装在垂直表面(诸如,墙壁)上时,图1A、图1B和图1C的TEA必须占用垂直表面的两侧上的空间,以允许在该表面的每侧上排出空气。
[0030]尽管散热器的形状不受限制,但是适于在TEA中使用的散热器通常包括矩形底座,一系列鳍片(被称为鳍片集合)在该矩形底座上突出。鳍片可以是大体平行的板,
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