CN105202800A - 一种半导体制冷制热片 - Google Patents

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本发明涉及半导体制冷制热技术领域，尤其涉及一种半导体制冷制热片。包括用于吸热的冷端、用于散热的热端、设置在所述冷端和热端之间的N型半导体和P型半导体、连接所述N型半导体和所述P型半导体的金属导体、电源；所述金属导体设置用于电连接所述电源的正负电极；其特征在于：所述N型半导体设置石墨烯层，或者所述P型半导体设置石墨烯层，或者所述N型半导体和所述P型半导体均设置石墨烯层。即使所述热端并未设置散热装置所述半导体制冷制热片也能保护其不会烧毁，保证其正常工作。

Description

一种半导体制冷制热片
技术领域
本发明涉及半导体制冷制热技术领域，尤其涉及一种半导体制冷制热片。
背景技术
半导体制冷片通上直流电以后，其冷端从周围吸收热量，可用于制冷；其热端释放热量至周围环境中，可用于制热。半导体制冷系统无机械转动，所以无噪音、无磨损、运行可靠、维护方便；通过改变电流方向达到冷却和加热的不同目的。与传统的蒸汽压缩式、蒸汽喷射式和吸收式制冷技术相比，半导体制冷具有以下特点：不使用制冷剂、不污染环境、体积小、重量轻、结构简单、容易操作；冷却速度快，而且便于通过工作电流大小实现可控调节；可只冷却某一专门元件或指定空间；可在失重或超重等极端环境下运行。但是和常规制冷相比，半导体制冷还存在制冷系数低、制冷温差小等不足，这在很大程度上影响了其商业化推广。
发明内容
本发明针对半导体制冷制热片制冷系数低、制冷温差小的问题提出一种半导体制冷制热片，包括用于吸热的冷端、用于散热的热端、设置在所述冷端和热端之间的N型半导体和P型半导体、连接所述N型半导体和所述P型半导体的金属导体、电源；所述金属导体设置用于电连接所述电源的正负电极；其特征在于：所述N型半导体设置石墨烯层，或者所述P型半导体设置石墨烯层，或者所述N型半导体和所述P型半导体均设置石墨烯层。半导体内的石墨烯具有极高的导热率极高的电子迁移率和导电率，能够促使所述P型半导体和所述N型半导体以更小的能耗更快地形成稳定的P极或者N极；同时，石墨烯极高的导热性能可以提高所述半导体制冷制热片内的热量转移速度和能力。使得所述半导体制冷制热片的所述冷端持续产生冷量，所述半导体制冷制热片的热端持续产生热量，提高所述半导体制冷制热片热冷端的温度差。即使所述热端并未设置散热装置所述半导体制冷制热片也能保护其不会烧毁，保证其正常工作。
作为优选，P型半导体设置石墨烯层；所述N型半导体具有石墨烯纯度高于所述P型半导体的石墨烯层的石墨烯纯度的石墨烯层。提高所述半导体制冷制热片的热冷端温度差至150℃，在通电3S后所述冷端的温度可达至-50℃，所述热端的温度可达100℃，在同样的热端温度下能获得更低的冷端温度，大大提高了制冷制热的能力。
作为优选，所述热端设置散热层。所述半导体制冷制热片的制冷能力会受随着所述热端的散热性能的影响，所述散热层提高了所述热端的散热性能，提升所述半导体制冷制热片的制冷能力。
作为优选，所述散热层为石墨烯散热层。石墨烯的导热率为金属的几十倍，在所述半导体制冷制热片的热端产生的热量通过添加有石墨烯材料的石墨烯散热层快速的散失，促使所述半导体制冷制热片制冷能力的提升。
作为优选，所述冷端设置导热层。所述导热层有助于提高所述冷端的热传递效率。
作为优选，所述导热层为石墨烯材质。石墨烯的导热率为金属的几十倍，在所述冷端设置添加有石墨烯材料的导热层可大大提升所述冷端的热传递效率。
作为优选，所述电源设置用于调节电流大小的电流调节单元。通过调节电流的大小，调整半导体制冷制热片的制冷或者制热能力。
本发明针对半导体制冷制热片制冷系数低、制冷温差小的问题还提出一种半导体制冷制热片，包括用于吸热的冷端、用于散热的热端、设置在所述冷端和热端之间的N型半导体和P型半导体、连接所述N型半导体和所述P型半导体的金属导体、电源；所述金属导体设置用于电连接所述电源的正负电极；其特征在于：所述N型半导体添加石墨烯颗粒，或者所述P型半导体添加石墨烯颗粒，或者所述N型半导体和所述P型半导体均添加石墨烯颗粒。添加有石墨烯颗粒的半导体内的石墨烯具有极高的导热率极高的电子迁移率和导电率，能够促使所述P型半导体和所述N型半导体以更小的能耗更快地形成稳定的P极或者N极；同时，石墨烯极高的导热性能可以提高所述半导体制冷制热片内的热量转移速度和能力。使得所述半导体制冷制热片的所述冷端持续产生冷量，所述半导体制冷制热片的热端持续产生热量，提高所述半导体制冷制热片热冷端的温度差。即使所述热端并未设置散热装置所述半导体制冷制热片也能保护其不会烧毁，保证其正常工作。
作为优选，所述N型半导体添加石墨烯颗粒，所述P型半导体添加石墨烯颗粒，并且所述N型半导体的石墨烯颗粒的石墨烯纯度高于所述P型半导体的石墨颗粒的石墨烯纯度。提高所述半导体制冷制热片的热冷端温度差至150℃，在通电3S后所述冷端的温度可达至-50℃，所述热端的温度可达100℃，在同样的热端温度下能获得更低的冷端温度，大大提高了制冷制热的能力。
作为优选，所述热端设置散热层。所述半导体制冷制热片的制冷能力会受随着所述热端的散热性能的影响，所述散热层提高了所述热端的散热性能，提升所述半导体制冷制热片的制冷能力。所述散热层为石墨烯散热层。石墨烯的导热率为金属的几十倍，在所述半导体制冷制热片的热端产生的热量通过添加有石墨烯材料的石墨烯散热层快速的散失，促使所述半导体制冷制热片制冷能力的提升。
作为优选，所述冷端设置导热层。所述导热层有助于提高所述冷端的热传递效率。所述导热层为石墨烯材质。石墨烯的导热率为金属的几十倍，在所述冷端设置添加有石墨烯材料的导热层可大大提升所述冷端的热传递效率。
作为优选，所述电源设置用于调节电流大小的电流调节单元。通过调节电流的大小，调整半导体制冷制热片的制冷或者制热能力。
本发明具有如下有益效果：
1.提高了半导体制冷制热片的热冷端温度差，从而提高了其制冷制热能力。
2.克服了半导体制冷制热片依赖于散热装置进行工作了缺点，简化了半导体制冷制热片的应用结构。
3.通过提高半导体制冷制热片的制冷制热能力，拓展了半导体制冷制热片的应用领域。
4.通过提高半导体制冷制热片的制冷制热能力，提高了半导体制冷制热片的制冷制热空间。
5.可以在制冷的同时进行制热，提高能量利用率。
6.采用电制冷的方式制冷，不需要使用氟利昂作为制冷剂，绿色环保，更加安全。
7.采用电制冷的方式制冷，避免了使用压缩机式的制冷系统，降低了制冷噪音。
8.采用电制冷的方式制冷，制冷系统中无机械运动，运行更稳定。
9.制冷制热能力可通过电流调节单元调整。
10.通过添加石墨烯，提高了半导体制冷制热片的制冷和制热速度，适合用于即时制冷或者即时制热的场合。
附图说明
图1实施例一半导体制冷制热片结构示意图；
图2实施例二半导体制冷制热片结构示意图；
其中，1-冷端、2-热端、3-N型半导体、4-P型半导体、5-金属导体、6-电源、7-石墨烯层、11-导热层、21-散热层。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。
实施例一
如图1所示，一种半导体制冷制热片，包括用于吸热的冷端1、用于散热的热端2、设置在冷端1和热端2之间的N型半导体3和P型半导体4、连接N型半导体3和P型半导体4的金属导体5、电源6。金属导体5设置用于电连接电源6的正负电极。电源6为半导体制冷制热片提供所述的直流电源。
N型半导体或者P型半导体内夹有石墨烯层7。N型半导体3内的石墨烯层为掺杂有H2或者其他可以增加石墨烯失电子能力的杂质的N型掺杂石墨烯层；P型半导体4内的石墨烯层为掺杂有NO2或者其他可以增加石墨烯得电子能力的杂质的P型掺杂石墨烯层。石墨烯具有极高的导热率极高的电子迁移率和导电率，能够促使P型半导体4或者N型半导体3以更小的能耗更快地形成稳定的P极或者N极。同时，石墨烯极高的导热性能可以提高所述半导体制冷制热片内的热量转移速度和能力。使得冷端1持续产生冷量，热端2持续产生热量，提高半导体制冷制热片热冷端的温度差。即使热端2并未设置散热装置所述半导体制冷制热片也能保护其不会烧毁，保证其正常工作。
为了使半导体制冷制热能力达到最佳，也可以在N型半导体3和P型半导体4内均设置石墨烯层7，。此时，需保证N型半导体具有石墨烯纯度高于P型半导体的P型掺杂石墨烯层的石墨烯纯度的N型掺杂石墨烯层。
为了将热端2产生的热量及时带走，提高半导体制冷制热片持续制冷和制热的能力，可在热端2设置散热层21。散热层21可为添加有石墨烯材料的石墨烯散热层，利用石墨烯超高的导热性能及时散发热端的热量。也可以在冷端1设置导热层11，提高冷端1的热传递效率。同样的，导热层11也可以采用添加石墨烯材料的石墨烯导热层。
实施例二
如图2所示，一种半导体制冷制热片，包括用于吸热的冷端1、用于散热的热端2、设置在冷端1和热端2之间的N型半导体3和P型半导体4、连接N型半导体3和P型半导体4的金属导体5、电源6。金属导体5设置用于电连接电源6的正负电极。电源6为半导体制冷制热片提供所述的直流电源。
N型半导体或者P型半导体添加石墨烯颗粒。N型半导体3内的石墨烯颗粒为掺杂有H2或者其他可以增加石墨烯失电子能力的杂质的N型掺杂石墨烯颗粒；P型半导体4内的石墨烯颗粒为掺杂有NO2或者其他可以增加石墨烯得电子能力的杂质的P型掺杂石墨烯颗粒。石墨烯具有极高的导热率极高的电子迁移率和导电率，能够促使P型半导体4或者N型半导体3以更小的能耗更快地形成稳定的P极或者N极。同时，石墨烯极高的导热性能可以提高所述半导体制冷制热片内的热量转移速度和能力。使得冷端1持续产生冷量，热端2持续产生热量，提高半导体制冷制热片热冷端的温度差。即使热端2并未设置散热装置所述半导体制冷制热片也能保护其不会烧毁，保证其正常工作。
为了使半导体制冷制热能力达到最佳，也可以在N型半导体3和P型半导体4内均添加石墨烯层颗粒。此时，需保证N型半导体3中添加的石墨烯颗粒的石墨烯纯度高于P型半导体4中添加的石墨烯颗粒的石墨烯纯度。
为了将热端2产生的热量及时带走，提高半导体制冷制热片持续制冷和制热的能力，可在热端2设置散热层21。散热层21可采用添加有石墨烯材料的材质制作，利用石墨烯超高的导热性能及时散发热端的热量。也可以在冷端1设置导热层11，提高冷端1的热传递效率。同样的，导热层11也可以为石墨烯材质。
上述半导体制冷制热片仅需要+12V直流电源既可以开启工作，半导体内的电子在通电以后产生定向移动，移动过程中将冷端的热量带走并转移至热端进行释放。冷端吸收热量可达到-50℃的低温，热量释放热量可达100℃的高温。整个过程中，半导体中的石墨烯层提高了电子迁移的速度，促使P、N极的快速形成，并且提高了热量传递的能力，保证冷端持续制冷、热端持续制热。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域普通技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变形或修改。

Claims (10)

1.一种半导体制冷制热片，包括用于吸热的冷端（1）、用于散热的热端（2）、设置在所述冷端（1）和热端（2）之间的N型半导体（3）和P型半导体（4）、连接所述N型半导体（3）和所述P型半导体（4）的金属导体（5）、电源（6）；所述金属导体（5）设置用于电连接所述电源（6）的正负电极；其特征在于：所述N型半导体（3）设置石墨烯层（7），或者所述P型半导体（4）设置石墨烯层（7），或者所述N型半导体（3）和所述P型半导体（4）均设置石墨烯层（7）。
2.根据权利要求1所述的一种半导体制冷制热片，其特征在于：P型半导体（4）设置石墨烯层；所述N型半导体（3）具有石墨烯纯度高于所述P型半导体（4）的石墨烯层的石墨烯纯度的石墨烯层。
3.根据权利要求1或2所述的一种半导体制冷制热片，其特征在于：所述热端（2）设置石墨烯散热层（12）。
4.根据权利要求1或2所述的一种半导体制冷制热片，其特征在于：所述冷端（1）设置石墨烯导热层（11）。
5.根据权利要求1或2或4或6所述的一种半导体制冷制热片，其特征在于：所述电源（6）设置用于调节电流大小的电流调节单元。
6.一种半导体制冷制热片，包括用于吸热的冷端（1）、用于散热的热端（2）、设置在所述冷端（1）和热端（2）之间的N型半导体（3）和P型半导体（4）、连接所述N型半导体（3）和所述P型半导体（4）的金属导体（5）、电源（6）；所述金属导体（5）设置用于电连接所述电源（6）的正负电极；其特征在于：所述N型半导体（3）添加石墨烯颗粒，或者所述P型半导体（4）添加石墨烯颗粒，或者所述N型半导体（3）和所述P型半导体（4）均添加石墨烯颗粒。
7.根据权利要求6所述的一种半导体制冷制热片，其特征在于：所述N型半导体（3）添加石墨烯颗粒，所述P型半导体（4）添加石墨烯颗粒，并且所述N型半导体的石墨烯颗粒的石墨烯纯度高于所述P型半导体（4）的石墨颗粒的石墨烯纯度。
8.根据权利要求6或7所述的一种半导体制冷制热片，其特征在于：所述热端（2）设置石墨烯散热层（12）。
9.根据权利要求6或7所述的一种半导体制冷制热片，其特征在于：所述冷端（1）设置石墨烯导热层（11）。
10.根据权利要求6或7所述的一种半导体制冷制热片，其特征在于：所述电源（6）设置用于调节电流大小的电流调节单元。
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