[发明专利]开放式共等电位半导体电致冷组件及电制冷总成件

说明书

本发明涉及一种由单层或多层(对大温差组件而言)半导体致冷电堆组成的新型高性级半导体电致冷组件，也叫固体热泵，是一项正在被努力开发并致力于取代压缩制冷的现代绿色环保电子制冷技术。

以当前国内实力较强的北京华玉电子有限公司为代表所生产的电致冷组件为例，出于对致冷堆两侧电极需进行绝缘屏蔽的需要，产品全部以超薄电陶瓷为组装基板构成封闭式结构，其大温差多层板相邻层间还必须再加一层绝缘板，不但工艺复杂、成本高、产品机械强度低、易破碎、不便储运、不便安装使用，且由于多层陶瓷板的介入，增加了组件的整体热传导阻力，功率损耗大，封闭式结构不利热交换，恶化了工况，所以产冷效率难于提高，且受基板强度及相关因素影响，只能生产小型片式产品，所以电陶瓷板在设计上追求的是小型化强功率，因此低电压，大电流，决定了电陶瓷组件在应用上的特殊性，它只适用在一些压缩机不宜适用的特殊领域作为压缩制冷的延伸和补充而不能取代压缩制冷，以上缺陷严重地阻碍了半导体制冷技术的广泛开发与应用。

本发明的任务在于推出一种可以完全摆脱电绝缘陶瓷板的呈开放式结构的半导体致冷组件，其设计着眼点在于：1、显著提高致冷效能；2、适用于普通电源，该种产品工艺简，成本低，机械性能好，寿命长，便于使用，易于推广，可直接用于开发研制实用型家庭及工业用半导体电制冷设备，使半导体电致冷技术的开发研制工作取得长足的突破性的飞跃进展。

方法一：利用“逆向互补等电位并联电路”去掉大温差多层组件相邻层间的电陶瓷绝缘板

如图1-1所示，首层(产冷端)致冷电堆的排列为N-P-N……P，大功率叠加接力致冷层电堆排列为P-N-P……N，每层以相同的电堆数n构成逆向互补并联电路，在其相邻侧可得到n－1个一一相互对应的等电位点，令两相邻电路在等电位点上共用同一只导流片(如图1-2所示)，使两个独立的电路通过它们的等电位点联结成一体，其层间也成一一对应的互补阵列，这些共用等电位点恰恰是两层致冷电堆电致冷的最佳热接力传导点，这一逆向互补阵列使两层电堆达到最佳致冷热传导匹配组合，省去了层间绝缘板，减少了热阻，降低了功率损耗，提高了致冷效率。

方法二：常规封装封固成形去掉外层陶瓷基板

使用一般普通生产半导体元件的封装方法，如“塑封法”或比照“塑封”的树脂浇固成形法等，封固致冷电堆，即可脱去对电陶瓷板的依赖让电极暴露出来，呈开放式结构，以利于致冷电堆直接参与热交换，改善致冷电堆工况，减少热阻损耗提高制冷效率，电极间的绝缘问题可采用干燥空气流或绝缘导热油与之进行热交换加以解决，尤为显著的是“塑封”体强度高，可加工生产适用于如60伏、110伏、220伏普通电压源的强功率、高电压、大规模致冷电堆组件，从而为开发研制实用半导体制冷设备如：空调机、冷藏柜、冷风机创造了必要条件，使半导体电子制冷技术的开发研制工作取得突破性的长足进展。

方法三：加设独立分散式导流散热器(热交换器)

于外层导流片上顺其电流方向增加设计一组散热翅片，其优点有贰：1、减少导流片直流电阻，减少电阻热损耗提高功效；2、使外层每一个独立电极能更有效地直接参与热交换，显著改善工况，提高组件整体产冷效率，此外层独立导流分散式热交换器可采用干燥空气流或绝缘导热油与之进行热交换。

方法四：半导体电致冷总成件

为更好发挥组件致冷优势，方便使用，可在组件两端配以专门设计的导热油密封腔或风冷屏蔽罩，组成半导体电制冷总成件

半导体制冷总成设计实旋方案一

在对制冷效率要求不高的特殊小型制冷场合，可根据需要设计生产不同功率的小型低电压大电流组件，其制冷端配以能够自行对流循环的导热油密封腔。热端可配以简便易于通风的屏蔽罩，实施自然或强制风冷。如图2-1所示。

半导体制冷总成设计实施方案二

在对制冷效率要求高的声合，可以根据需要设计不同功率的大规模强功率，适用于60伏、110伏、220伏的高电压组件，其产冷产热两端都配以能够接人专用热交换器的导热油密封腔，如图2-2所示，组成高效电致冷总成件，该种组件可直接用于家庭及工业实用制冷设备的开发研制，如“空调机”、“冷藏柜”、“保鲜柜”、“冷风机”、“冷饮机”等。

说明书附图注释

图1-1、1-2中，1、2、3、……、n-1为等电位点标记。

图2-1、2-2中，1、“塑封”制冷电堆；2、导流散热片；3、绝缘导热油密封腔；4、风冷屏蔽罩；5、干燥空气流；6、带有进出口的导热油密封腔。7、导热油密封腔体；8、导热油入口；9、导热油出口。

半导体致冷组件加工实例