[发明专利]高效电子制冷芯片

说明书

本发明涉及一种高效电子制冷芯片，特别是涉及一种应用热电制冷原理所构成的高效电子制冷芯片。

现有的半导体制冷芯片原理来源热电制冷原理，热电制冷又称温差电制冷。具有热电能量转换特性的材料，在通过直流电时有制冷功能，故称热电制冷。由于以Bi、Te等为代表的半导体材料有较强的热电能量转换特性，它的应用才真正使热电制冷实用化，为此又称半导体制冷。温差电制冷名称的由来，是由于人们在发现了材料的温差电动势之后再发现其反效应，即具有制冷功能的珀尔贴效应，与温差发电比对应，把后者称为温差电制冷。

珀尔贴效应：当直流电通过两种不同导电材料构成的回路时，结点上将产生吸热或放热现象，这是法国人珀尔帖最早发现的，1834年首次发表于法国《物理和化学年鉴》上，因此这个现象称为珀尔帖效应。

本世纪50～60年代以后，半导体材料在各个技术领域得到了广泛应用，热电效应的效率得到了提高，从而使热电制冷、制热逐步进入工程领域。但是，由于耗电量高、制冷量小和效率仍低的因素影响，半导体制冷仅用于宇宙航行器、核潜艇等特殊行业。因此，制冷专家们普遍认为，半导体材料特性上不突破，效率不提高，则无法推广应用于商业、民用及日常生活。我国的半导体制冷技术水平已达到世界先进水平。

半导体制冷芯片具有四大优点：一是无机械转动，制冷迅速；二是体积小，制冷量可从几毫瓦级到几千瓦级变化，安装、使用方便；三是制冷制热方向、制冷制热量、温度等控制方便；四是是无任何环境污染的纯绿色产品。但是，它还存在着致命的缺点，一是制冷效率低，二是生产成本较高。

本发明的目的旨在提供一种技术先进、结构简单、具有半导体制冷芯片具有的一切优点，同时克服半导体制冷芯片具有的制冷效率低、生产成本较高的缺点的高效电子制冷芯片，以实现全面推广应用于商业、民用及日常生活。

本发明的技术解决方案是：这种高效电子制冷芯片由P型半导体元件，N型半导体元件，上、下传热导电铜块，上、下绝电导热板和充填满于上、下绝电导热板之间除铜块和P、N半导体元件所占空间之外的所有剩余空间当中的有满弹性的绝热绝电材料等组成。P、N半导体元件与上、下传热导电铜块相互连接并固定在上、下绝电导热板上。这样由数对P、N半导体热电偶在传热方面并联，而在导电方面串联就构成了高效制冷芯片。

以下结合附图详细说明其工作原理

图1为高效电子制冷芯片结构图

图2为热电制冷原理图

图3为传统温关电动势测量装置图

图4为半导体制冷芯片结构图

图5为数控供电图

图中：

1-下端绝电导热板        2-P型半导体元件

3-N型半导体元件         4-上槽钢型铜块

5-下槽钢型铜块          6-上端绝电导热板

7-弹性绝热绝电材料      8-上电级

9-电热丝                10-铜康铜热电偶

11-被测元件             12-下电偶

13-下端绝电导热板       14-P型半导体元件

15-N型半导体元件        16-上平板型铜块

17-下平板型铜块         18-上端绝电导热板

19-参数设置器           20-冷端温度传感器

21-热端温度传感器       22-比较计算器

23-储存器               24-数模转换器

25-调压电源

参见图1、图2，高效电子制冷芯片由P型半导体元件2，N型半导体元件3，上、下传热导电槽钢型铜块4、5，上、下绝电导热板1、6和充填满于上、下绝电导热板之间除铜块和P、N半导体元件所占空间之外的所有剩余空间当中的有满弹性的绝热绝电材料7(图2中画出)等组成。P、N半导体元件2、3与上、下传热导电铜块4、5相互连接并固定在上、下绝电导热板6、1上。由图1可见，由数对P、N半导体热电偶在传热方面并联，而在导电方面串联就构成了高效电子制冷芯片。

图2为图1中的一对热电偶的剖面图，以下以此图分析制冷原理及工况。