CN103000799A

CN103000799A - 冷端和热端分离型温差电致冷半导体技术

Info

Publication number: CN103000799A
Application number: CN2012105233117A
Authority: CN
Inventors: 雍占锋
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-12-09
Filing date: 2012-12-09
Publication date: 2013-03-27

Abstract

本发明公开了一种冷端和热端可远距离分开的温差电致冷半导体或温差发电半导体和应用这种半导体的产品，导线将两个PN结靠背连接成为PN－NP结或NP-PN结，将冷端和热端通过导线分开。通过本方法可以将多个冷端和热端进行集散布置，可盘成电冷毯，也可对多个计算机芯片或电路元器件进行冷却，热端想集中则可强制冷却，分散则可自然冷却。

Description

冷端和热端分离型温差电致冷半导体技术

技术领域

本发明涉及一种温差电致冷半导体或温差发电半导体及应用这种技术的产品。

背景技术

温差电致冷片由应用珀尔帖效应的半导体PN结组成；N型材料有多余的电子，有负温差电势，P型材料电子不足，有正温差电势；当电子从P型穿过结点至N型时，结点的温度降低，其能量必然增加，而且增加的能量相当于结点所消耗的能量。相反，当电子从N型流至P型材料时，结点的温度就会升高。

目前半导体制冷片由许多N型和P型半导体之颗粒互相排列而成，而N／P之间以一般的导体相连接而成一完整线路，通常是铜、铝或其他金属导体，最后由两片陶瓷片像夹心饼干一样夹起来，致冷片在工作时通常一面为冷面，另一面为热面，当然也有立体的，但通常冷热面中间即是半导体材料，冷端和热端间的直线距离非常小。

图１所示为当前常规的单级串联型温差电致冷片示意图。该温差电致冷片包括了铜连接片（１）、Ｎ型半导体（２）、Ｐ型半导体（３）、导热陶瓷片（４）、直流电源（５）、导线（６）。直流电源（５）的正极出来的电流通过导线（6）的连接，依次通过多个铜连接片（１）和Ｎ型半导体（２）和Ｐ型半导体（３）串联成的ＮＰＮＰ结，在ＮＰ端吸热，在ＰＮ端放热，因此在上面一片导热陶瓷片（４）上形成冷端，在下面一片导热陶瓷片（４）上形成热端。如果温差电致冷片不接直流电源，而是连接负载，在有温差时，该电路即是温差发电装置。

应用半导体致冷片的电冷装置如申请号为CN200710045605.2的发明，其叙述了应用半导体致冷片做冷源，用水从冷源处携带冷水的褥子。由于致冷片冷端和热端不能分离，造成实际应用时为了将冷源分布到很大的一个面积或体积时，通常采用水冷间接换热；热端还需强制冷却。而不能像电热毯一样，只要接根电热丝就可直接加热这样方便。集成电路也存在同样的问题，需要冷却的芯片也不只是一个CPU，可能需要冷却多个电子元器件，虽然串联多个半导体致冷片也可以得到多个冷源，但出现了多个可能需要强制冷却的热源。如果能将热源和冷源远距离分离开，那么就可以轻松的想集中热源就集中热源、想分散热源就分散热源，同样想集中冷源就集中、想分散就可以分散，冷端分散以后，可以对多点同时进行冷却，热端分散以后，单个散热点散热量较小，通常依靠自然冷却即可。如前所述的电冷毯就可以像电热毯一样拉根线就可以实现，省去很多的麻烦。

发明内容

为了解决背景技术中所述的温差电致冷片冷端和热端只间隔一薄层半导体材料，距离太短，限制了温差电致冷的应用。本发明的目的在于提供一种连接温差电致冷PN结的方法，解决了冷端和热端不能远距离分离的问题，使温差电致冷技术应用更加方便，应用更加广泛。

本发明的目的是提供一种温差电致冷半导体组件的连接方法，包含使用这种连接方法生产的电冷袋、电冷片、电冷褥、电冷帽、电冷被、电冷包等，而且本发明也可用在温差发电技术上。

直接接触的热电偶致冷电路在实际应用中有困难，用金属片来连接PN两种半导体材料，实验证实，在温差电路中引入第三种材料（如铜连接片和导线）不会改变电路的特性。串联的温差电致冷PNPN结在通过正向电流时，在PN端放热，在NP端吸热，由于半导体的导电性能和柔韧性较导线差，所以目前的温差电致冷片的冷端和热端间的直线距离都非常短；将PNPN连接改为ＰＮ和ＮＰ中间通过导线连接为PNNP，就可以将温差电致冷片冷端和热端间的距离很好的延长，本发明的进步在于将两块同型半导体之间用导线进行连接，实现了冷端和热端的远距离分离。并且电路中的串联和并联同样适用于本发明，通过串联和并联的各种组合，极大的扩展了本发明的应用范围。上述是电流侧串并联组合，当然热流侧也可以串并联使用，为简便起见，不再赘述。

虽然本发明的初衷是用来致冷的，但是本发明同样可以用在温差发电电路。

与现有技术相比，本发明所产生的技术效果是：

1、温差电致冷片的热端和冷端间的距离由于加入了导线而被延长，因而可方便的对冷端和热端进行集散布置，同时简化了冷热端间的绝热。

2、如果热端被分散成多个散热量不大的散热片，多个热端可以自然冷却，而不是非强制冷却不可，如ＣＰＵ冷却片可以将热端接到机壳上或其它大面积散热器上，而非强制空冷或水冷；同样，如果多个芯片的热端集中在一起，可以方便强制冷却。

3、冷端和热端进行了分离，可方便的制成电冷袋、电冷被、电冷帽、电冷褥、电冷睡袋、电冷帐篷、电冷保鲜袋、电冷包、小型温差电致冷冰箱等。

4、由于单个Ｐ型或Ｎ型半导体片不再需要对冷端和热端进行绝热，因此半导体片可以做成非常薄的片或膜；而且半导体材料不再要求导热系数很小，更优良的电致冷材料和工艺可以被应用到温差电致冷器件上。

附图说明

图1是一种当前常规的单级温差电致冷片的示意图。

图2是一种冷端和热端分离型温差电致冷半导体的连接方法示意图。

图3是一种冷端和热端分离型温差电致冷片的连接方法示意图。

图4是一种冷端和热端分离型温差电致冷半导体串联方法示意图。

图5是一种冷端和热端分离型温差电致冷半导体串并联方法示意图。

具体实施方式

实施例1：如图2所示，该冷端和热端分离型温差电致冷半导体连接方法包括了铜连接片（１）、Ｎ型半导体（２）、Ｐ型半导体（３）、直流电源（５）、导线（６）。直流电源（5）的正极出来的电流通过导线（6）的连接，依次通过铜连接片（１）－Ｎ型半导体（2）－铜连接片（１）－导线（6）－铜连接片（１）－Ｎ型半导体（2）－铜连接片（1）－Ｐ型半导体（3）－铜连接片（1）－导线（6）－Ｐ型半导体（3）－铜连接片（1）－导线（6）－直流电源（５）的负极；上述串联电路中的ＮＮＰＰ结，在ＮＰ端吸热，在ＰＮ端放热。本连接方法虽然是用来温差电致冷的，但当将直流电源换成负载时同样可用在温差发电上。

实施例2：如图3所示，该冷端和热端分离型温差电致冷半导体连接方法包括了铜连接片（１）、Ｎ型半导体（２）、Ｐ型半导体（３）、导热陶瓷片（４）、直流电源（５）、导线（６）。直流电源（5）的正极出来的电流通过导线（6）的连接，依次通过多个铜连接片（１）－Ｎ型半导体（2）－铜连接片（１）－导线（6）－铜连接片（１）－Ｎ型半导体（2）－铜连接片（1）－Ｐ型半导体（3）－铜连接片（1）－导线（6）－Ｐ型半导体（3）串联成的ＮＮＰＰ结，在ＮＰ端吸热，在ＰＮ端放热，因此在上面一片导热陶瓷片（4）上形成冷端，在下面一片导热陶瓷片（4）上形成热端。本连接方法虽然是用来温差电致冷的，但当将直流电源换成负载时同样可用在温差发电上。

实施例3：如图4所示，该冷端和热端分离型温差电致冷半导体串联方法包括了铜连接片（１）、Ｎ型半导体（２）、Ｐ型半导体（３）、直流电源（５）、导线（６）。直流电源（5）的正极出来的电流通过导线（6）依次连接，多个铜连接片（1）－Ｐ型半导体（3）－铜连接片（1）－Ｎ型半导体（2）－铜连接片（1）－导线（6）－铜连接片（1）－Ｎ型半导体（2）－铜连接片（1）－Ｐ型半导体（3）－铜连接片（1）串联成的ＰＮＮＰ结，在ＮＰ端吸热，在ＰＮ端放热。该串联电路可以方便的做成电冷被、电冷帽、电冷袋等，热端放在袋（或被、帽）外散热，冷端放在袋（或被、帽）内吸热，中间用导线穿过袋壁（或被、帽）即可。本连接方法虽然是用来温差电致冷的，但将直流电源换成负载时同样可用在温差发电上。

实施例4：如图5所示，该冷端和热端分离型温差电致冷半导体串并联方法包括了铜连接片（１）、Ｎ型半导体（２）、Ｐ型半导体（３）、直流电源（５）、导线（６）。直流电源（５）的正极出来的电流通过导线（6）依次连接，铜连接片（１）－多个并联的“Ｎ型半导体（２）－Ｐ型半导体（３）对”－铜连接片（１）－导线（6）－铜连接片（１）－多个并联的“Ｐ型半导体（３）－Ｎ型半导体（２）对”，并以前两个ＮＰＰＮ对为基础对，多个进行串联，在ＮＰ结吸热，在ＰＮ结放热。该串并联电路可以方便的做成电冷被、电冷帽、电冷袋等，热端放在袋（或被、帽等）外散热，冷端放在袋或被、帽等）内吸热，中间用导线穿过袋壁（或被、帽等）即可；褥子比较特别，当铺在床上时，有可能床下是空的，电冷褥的热端可穿过床板放在床下，但更多时侯电冷褥可能铺在其它毯子之上，此时热端可以放在床沿外，此时连接褥子冷热端的导线可能较长。当电流反向时，电冷褥即可加热烘干褥子。本连接方法虽然是用来温差电致冷的，但将直流电源换成负载时同样可用在温差发电上。

Claims

1.一种P型半导体和N型半导体组合成的温差电致冷或温差发电半导体方法及应用这种方法的产品；其特征在于：导线将两个PN结靠背连接成为PN－NP结或NP－PN结，将冷端和热端通过导线分开。

2.根据权力要求1所述的一种P型半导体和N型半导体组合成的温差电致冷或温差发电半导体方法及应用这种方法的产品；其特征在于：多个PN－NP结或NP－PN结串联。

3.根据权力要求1所述的一种P型半导体和N型半导体组合成的温差电致冷或温差发电半导体方法及应用这种方法的产品；其特征在于：多个PN－NP结或NP－PN结并联。

4.根据权力要求1至3中任一项所述的一种P型半导体和N型半导体组合成的温差电致冷或温差发电半导体方法及应用这种方法的产品；其特征在于：多个PN－NP结和NP－PN结串并联组合。

5.根据权力要求1至4中任一项所述的一种P型半导体和N型半导体组合成的温差电致冷或温差发电半导体方法及应用这种方法的产品；其特征在于：该半导体器件制成的电冷袋、电冷被、电冷褥、电冷帽、电冷包等，热端放在袋外散热，冷端放在袋内吸热，冷端和热端中间用导线穿过袋壁连接。