CN103423915A - 半导体柔性制冷带 - Google Patents
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Abstract
半导体柔性制冷带，包括多个并排间隔交叉设置的等高的N型半导体片和P型半导体片，每个半导体片具有上端面和下端面；相邻半导体片的端面通过金属导体片进行串联，最前端和最后端的半导体片的下端面分别通过金属导体片连接有电源正极引线和电源负极引线；两层石墨橡胶板分别覆盖在多个半导体片的上端面和下端面上。当直流电源流过多个串联的半导体片时，一层石墨橡胶板形成制冷面，另一层石墨橡胶板形成发热面。本发明将半导体制冷技术和石墨橡胶的柔性以及相对较高的导热系数等特点结合起来，设计出半导体柔性制冷带，从而解决了半导体制冷装置在圆柱形管道上应用的技术难题。
Description
技术领域
本发明总体涉及半导体制冷装置，具体涉及半导体柔性制冷带。
背景技术
半导体制冷片是一种常见的热电体制冷装置，它由许多N型和P型半导体之颗粒互相排列而成，而NP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，陶瓷片必须绝缘且导热良好。当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成的热电偶对中有电流通过时，两端之间就会产生热量转移，热量就会从一端转移到另一端，从而产生温差形成冷热端。吸热和放热的大小是通过电流的大小以及半导体材料N、P的元件对数来决定。
目前，常见的半导体制冷片一般为独立的片状个体，热端和冷端采用的导热材料不可弯曲。有些情况下，我们需要对圆柱形管道进行冷却，这时，传统的半导体制冷片将无法贴合并缠绕管道，半导体制冷片在管道上的应用存在着很大的局限性。
发明内容
本发明的目的是提供一种半导体柔性制冷带，其能克服上述现有技术中的某种或某些缺点。
根据本发明的半导体柔性制冷带，包括：
2n个等高的半导体片，包含n个N型半导体片和n个P型半导体片，n个N型半导体片和n个P型半导体片并排间隔交叉设置，n为大于或等于1的整数,每个半导体片具有上端面和下端面；
2n+1个金属导体片，其中，第1个金属导体片与第1个半导体片的下端面贴接，第2个金属导体片与第1个半导体片的上端面以及第2个半导体片的上端面贴接，第3个金属导体片与第2个半导体片的下端面以及第3个半导体片的下端面贴接，依此类推，第2n个金属导体片与第2n-1个N型半导体片的上端面以及第2n个半导体片的上端面贴接，第2n+1个金属导体片与第2n个半导体片的下端面贴接；
电源引线，包含电源正极引线和电源负极引线，其中，电源正极引线与第1个金属导体片连接，电源负极引线与第2n+1个金属导体片连接；以及
石墨橡胶板，包含上层石墨橡胶板和下层石墨橡胶板，其中，上层石墨橡胶板贴接在2n个半导体片的上端面的n个金属导体片上并完全覆盖相邻N型半导体片和P型半导体片之间的间隙，下层石墨橡胶板贴接在2n个半导体片的下端面的n+1个金属导体片上并完全覆盖相邻N型半导体片和P型半导体片之间的间隙。
在本发明的一个优选实施例中，金属导体片为铜片，厚度小于0.5mm。
本发明的有益效果在于：将半导体制冷技术和石墨橡胶的柔性以及相对较高的导热系数等特点结合起来，设计出半导体柔性制冷带，从而解决了半导体制冷装置在圆柱形管道上应用的技术难题。
附图说明
图1为半导体制冷原理图；
图2为根据本发明的半导体柔性制冷带的剖视图；以及
图3为根据本发明的半导体柔性制冷带的平面示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明的半导体柔性制冷带。本领域技术人员应当理解，下面描述的实施例仅是对本发明的示例性说明，而非用于对其作出任何限制。
图1为半导体制冷原理图。由P、N型半导体以及连接P、N半导体元件的导体等组成。当电流通过时，P、N型半导体连接的两端之间就会产生热量转移，热量就会从一端转移到另一端，从而产生温差，形成冷面（吸热面）1和热面（放热面）2。
如图2所示，根据本发明的半导体柔性制冷带主要由2n个半导体片3、2n+1个金属导体片4、两层石墨橡胶板5以及电源正极引线6和电源负极引线7组成，n为大于或等于1的整数。
2n个半导体片3具有相同的高度，包含n个N型半导体片和n个P型半导体片，n个N型半导体片和n个P型半导体片并排间隔交叉设置（排列方式为NPNP…NPNP或PNPN…PNPN,图2以NPNP…NPNP排列方式作为示例），每个半导体片具有上端面和下端面。
2n+1个金属导体片4作为传输电流以及热量的媒介，其中，第1个金属导体片与第1个半导体片的下端面贴接，第2个金属导体片与第1个半导体片的上端面以及第2个半导体片的上端面贴接，第3个金属导体片与第2个半导体片的下端面以及第3个半导体片的下端面贴接，依此类推，第2n个金属导体片与第2n-1个N型半导体片的上端面以及第2n个半导体片的上端面贴接，第2n+1个金属导体片与第2n个半导体片的下端面贴接。金属导体片4优选为铜片，厚度小于0.5mm，以满足本发明的可弯曲的柔性制冷带的需要。
石墨橡胶板5包含上层石墨橡胶板和下层石墨橡胶板，其中，上层石墨橡胶板贴接在2n个半导体片3的上端面的n个金属导体片4上并完全覆盖相邻N型半导体片和P型半导体片之间的间隙，下层石墨橡胶板贴接在2n个半导体片3的下端面的n+1个金属导体片4上并完全覆盖相邻N型半导体片和P型半导体片之间的间隙。石墨橡胶板5是一种柔性材料，同时具有良好的导热性能，传热系数是普通橡胶传热带的2-3倍。可以使根据本发明的制冷带在缠绕管道时弯曲自如并且较好的和管道贴合。
电源正极引线6与第1个金属导体片连接，电源负极引线7与第2n+1个金属导体片连接。当2n个半导体片3的排列方式为NPNP…NPNP时，则电源正极引线6通过金属导体片与第一个N型半导体片连接，电源负极引线7通过金属导体片与最后一个P型半导体片连接，在这种工作模式下，图2所示的制冷带的上端面8则为制冷面，下端面9则为发热面；相反，当2n个半导体片3的排列方式为PNPN…PNPN时，则电源正极引线6通过金属导体片与第一个P半导体片连接，电源负极引线7通过金属导体片与最后一个N半导体片连接，在这种工作模式下，图2所示的制冷带的上端面8则为发热面，下端面9则为制冷面。
图3为根据本发明的半导体柔性制冷带的平面示意图。半导体柔性制冷带内部结构图如图1所示，P、N型半导体片之间的连接方式如图2所示，图3中粗线10表示在上方连接，细线11表示在下方连接；直流电源从正极由金属导体片连接到N型半导体片的下方，再从N型半导体片的上方通过金属导体片连接到P型半导体片的上方，而后从P型半导体片的下方通过金属导体片连接到N型半导体片的下方，以此重复以前的步骤，使半导体片（P型、N型）串联起来与直流电源的负极连接。按图2所示连接后，上方作为冷端制冷，下方作为热端散热。
根据本发明的半导体柔性制冷带是一种新型的半导体制冷装置，对传统的半导体制冷片的结构和所用材料进行了改造，从而为半导体制冷装置在圆柱形管道上应用提供了途径。该制冷带可以针对不同管径进行生产，根据实际需求加工成不同宽度，以适应制冷管段需求；制冷带的长度配合管道规格进行生产。可以广泛应用于工业生产各个领域，特别在制冷空调行业，可对所需管段进行缠绕，一方面可以应用于对管道内低温工质进行保温。另一方面也可应用于对管内工质进行冷却降温以达到一些工艺要求。
Claims (2)
1.一种半导体柔性制冷带,包括：
2n个等高的半导体片，包含n个N型半导体片和n个P型半导体片，n个N型半导体片和n个P型半导体片并排间隔交叉设置，n为大于或等于1的整数,每个半导体片具有上端面和下端面；
2n+1个金属导体片，其中，第1个金属导体片与第1个半导体片的下端面贴接，第2个金属导体片与第1个半导体片的上端面以及第2个半导体片的上端面贴接，第3个金属导体片与第2个半导体片的下端面以及第3个半导体片的下端面贴接，依此类推，第2n个金属导体片与第2n-1个N型半导体片的上端面以及第2n个半导体片的上端面贴接，第2n+1个金属导体片与第2n个半导体片的下端面贴接；
电源引线，包含电源正极引线和电源负极引线，其中，电源正极引线与第1个金属导体片连接，电源负极引线与第2n+1个金属导体片连接；以及
石墨橡胶板，包含上层石墨橡胶板和下层石墨橡胶板，其中，上层石墨橡胶板贴接在2n个半导体片的上端面的n个金属导体片上并完全覆盖相邻N型半导体片和P型半导体片之间的间隙，下层石墨橡胶板贴接在2n个半导体片的下端面的n+1个金属导体片上并完全覆盖相邻N型半导体片和P型半导体片之间的间隙。
2.根据权利要求1所述的半导体柔性制冷带，金属导体片为铜片，厚度小于0.5mm。
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