CN1214225C - 采用热电模块的冷却和加热装置 - Google Patents

Abstract

一种采用热电模块的冷却和加热装置，其中热电模块，热放射件和热传导块集成为一个单一的整体，以改善热电模块的性能和耐用性。所述冷却和加热装置包括热电模块。热放射件连接在热电模块的第一表面上。热传导块连接在热电模块的第二表面上。热吸收件连接到热传导块上。封盖通过固定地盖住热电模块和热传导块的侧表面以及热放射件内表面的一部分而把热电模块和热传导块集成为一个单一的整体。

Description

采用热电模块的冷却和加热装置

技术领域

本发明总体上涉及一种采用热电模块的冷却和加热装置，更具体的是涉及一种采用热电模块的冷却和加热装置，其中所述热电模块，即热放射件和热传导件集成为一个单一的整体，因此可容易地与其它组成零件组装同时密封起来，从而改善所述热电模块的性能和耐用性。

背景技术

热电模块是一种通过把两个不同的金属结合在一起或把一个n型半导体和一个p型半导体连接在一起而形成的。热电模块的特征是当对其施加电流时，热吸收和热放射会分别出现在两不同金属或n型半导体和p型半导体的相对表面上。结果，如果热交换器安装在热电模块的热吸收侧上，对应于热电模块热吸收侧的周围就会被冷却。相反，如果热交换器安装在热电模块的热放射侧上，对应于热电模块热放射侧的周围就会被加热。

采用热电模块的冷却技术可防止制冷剂气体例如氟利昂气体的泄漏对环境的破坏，因为其不采用通常制冷循环中所使用的制冷剂气体就可使周围冷却，并可消除运转的噪音，因为其不需要驱动装置例如用来压缩制冷剂气体的压缩机。而且，热电模块的尺寸相对较小，因此热电模块的安装简单并且采用热电模块的产品可做成紧凑的结构。

总之，当热电模块热放射侧周围的温度大约是30℃时，其热吸收侧周围的温度可保持在大约3℃。如果热电模块热放射侧周围的温度降低，其热吸收侧的温度也可降低。因此，如果通到热电模块上电流的大小和通电时间通过热电模块的热吸收侧来控制，其中热吸收侧放置在存储空间内，其热放射侧放置在存储空间外，这样存储空间就被冷冻或冷却，从而使热电模块能够与小尺寸的冰箱，朝鲜泡菜冰箱以及医用恒温器结合起来使用。

然而，如果热电模块的热放射侧放置在存储空间的内部，而其热吸收侧放置在存储空间外部，存储空间的温度就会被提高，从而使热电模块能够与例如加热箱或加热器的产品结合起来使用。

图1是采用热电模块的传统冷却和加热装置的纵向截面图。如图1所示，采用热电模块的传统冷却和加热装置包括热电模块11和放置在隔离壁3内的热传导块12，其中隔离壁3用来使冷却空间1和加热空间2彼此分开，热吸收件13，其放置在冷却空间1中以从冷却空间1的周围吸收热量并冷却冷却空间1的周围，热放射件14，其放置在加热空间2中以向加热空间2的周围放射热量并加热加热空间的周围。

薄铝盘15放置在热电模块11和热放射元件14之间以使热放射件14组装到热电模块11上。一种热传导胶分别把铝盘15的相对表面粘贴到热电模块11和热放射件14上。

而且，热传导胶16还应用在热电模块11和热传导块12以及热传导块12和热吸收件13之间。所述热吸收件13通过多个螺钉17固定地连接到热传导块12上，同时热放射件14通过多个螺钉18固定地连接到隔离壁3上。

一对电线19连接到热传导模块11的上端和下端以使电流通到热电模块11上。

然而，结构如以上所述的采用热电模块的传统冷却和加热装置存在缺点，因为热固性材料的热传导胶应用在热电模块和热传导块以及热吸收件和热放射件之间。因此，就需要过长的安装时间，因为需要几个热处理过程，并且热传导胶用手涂抹，因而得不到统一质量的产品，因为冷却和加热特性根据热传导胶的量而改变。

而且，传统热电模块放置在隔离壁内，并且没有封闭装置，而且在热电模块工作时，在热电模块相对表面之间会产生相当大的温度差，因此传统热电模块周围空气中的潮气就被冷凝。潮气与传统热电模块反应，从而引起潮气腐蚀传统热电模块的问题。而且，潮气通过所述电线对渗透到热电模块中，从而恶化了传统热电模块的腐蚀。

结果，所述热电模块的性能就被降低，并且其寿命也被缩短，从而降低了传统热电模块的可靠性。

而且，采用热电模块的传统冷却和加热装置具有这样的结构，其中热电模块安装在隔离壁内，其中热电模块连接到薄铝板上，并且所述热放射件通过螺钉安装到铝板上，因此把组成零件集成到一个单一的整体就很困难，因此，组装组成零件时施加到螺钉上的扭矩就不均匀，从而引起该装置的冷却和加热性能不均匀。

而且，上述传统冷却和加热装置的结构还增加了传统冷却和加热装置的热阻性，因此热电模块产生的热量没有顺利地传输到热放射件，从而破坏传统冷却和加热装置的性能。

发明内容

因此，提供一种采用热电模块的冷却和加热装置，其通过把热电模块，热放射件和热传导块集成为一个单一的整体而制成，从而改善其组装性，耐用性以及冷却和加热性能。

本发明的另一目的是提供一种采用热电模块的冷却和加热装置，其中冷却和加热装置的热电模块从外界空气中完全密封起来。

本发明的另一目的是提供一种采用热电模块的冷却和加热装置，其具有使装置热阻性最小的结构。

本发明的其它目标和优点部分地将会在以下的描述中说明，部分将在描述中变得清楚，或通过发明的实施而获得。

为实现以上和其它目标，本发明提供一种冷却和加热装置，其包括热电模块，连接到热电模块第一表面上的热放射件，连接到热电模块第二表面上的热传导块，连接到热传导块上的热吸收件，及通过固定地盖住热电模块和热传导块的侧表面和热放射件内表面的一部分来使热电模块和热传导块集成为一个单一整体的封盖，所述热传导块沿其侧表面设置有互锁台阶和互锁槽，所述封盖在其端部设置有互锁突起，从而所述封盖的互锁突起与热传导块的互锁台阶互锁，而且互锁台阶和热传导块的互锁槽被第一密封材料所覆盖。

热电模块和热传导块，热电模块和热放射件，以及热传导块和热吸收件中的每一对都可通过热传导胶连接在一起。

所述冷却和加热装置还可包括设置在封盖和热传导块侧表面之间的第一密封材料，和设置在封盖和热放射件的内表面之间的第二密封材料，这样就从外界空气中把热电元件密封起来。

所述第一和第二密封材料可以是环氧树脂。

封盖在其后端设置向外伸出的凸缘部分，一对肋形成于凸缘部分表面的每一段上，封盖通过螺栓连接到发热部件上，其中各螺栓分别插入到每对肋中之间。

所述冷却和加热装置还可包括一对联接到热电模块上的电线，其中所述电线嵌入到封盖和热放射件之间的第二密封材料中，其中涂层从这对电线上去除掉。

附图说明

本发明的以上和其它目标和优点从下面结合附图对优选实施例的详细描述中会变得更加清楚和更容易理解，其中：

图1是采用热电模块的传统冷却和加热装置的纵向横截面视图；

图2是与本发明第一实施例相一致的采用热电模块的冷却和加热装置的纵向截面视图，其中冷却和加热装置的热吸收件包括具有多个散热片的热交换块；

图3是沿图2的线III-III剖开的横截面视图；

图4是与本发明第二实施例相一致的采用热电模块的冷却和加热装置的纵向截面视图，其中冷却和加热装置的热吸收件包括隔离周围空间的金属隔离壁；及

图5是与本发明第三实施例相一致的采用热电模块的冷却和加热装置的纵向截面视图，其中冷却和加热装置的热吸收件包括容纳冷却剂的冷却剂箱。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的本优选实施例进行详细的描述，图中相同的标号始终表示相同的元件。以下将对所述实施例进行描述，以便通过附图解释本发明。

图2和3是与本发明第一实施例相一致的采用热电模块的冷却和加热装置的视图，图2是冷却和加热装置的纵向截面视图，图3是沿图2中的线III-III剖开的横截面视图。

如图2所示，采用热电模块的冷却和加热装置包括热电模块20，与热电模块20的热放射侧相接触的热放射元件21，与热电元件20的热吸收侧相接触的热传导块22，和通过热传导块22的媒质与热电模块20的热吸收侧相通的热吸收元件23。

热传导胶24应用在热电模块20和热放射件21之间，热电模块20和热传导块22之间，以及热传导块22和热吸收件23之间，因此加热和冷却装置的各部分相互连接到一起使热能通过其传导。热传导胶24可通过把热传导粉末加入到油中来制造。

封盖25围绕热传导块22和热电模块20的侧表面，因此热电模块20就与外界分离开，并且热电模块20，热传导块22和热放射件21集成为一个单一的整体。而且，为把热电模块20从外界空气中隔离出来，第一密封材料26和第二密封材料27分别应用在热传导块22和封盖25以及热辐射部件21和封盖25之间。

为了更容易并更紧地固定封盖25和第一密封材料26，互锁台阶22a和互锁槽22b沿热传导块的侧表面形成。第一密封材料26应用到互锁台阶22a和互锁槽22b形成于其上的热传导块22的侧表面。互锁突起25a通过封盖25的前端径向向内弯曲形成，并与互锁台阶22a紧紧地互锁在一起。

具有多个螺栓孔的凸缘部分25b在封盖25的后端径向向外延伸。第二密封材料27位于封盖25的凸缘部分25b和热放射件21之间。

因此，热放射件21通过插入到封盖25凸缘部分25b螺栓孔内的多个螺栓31固定地连接到封盖25上，其中第二密封材料27插入在热放射件21和封盖25之间。为了加强封盖25的凸缘部分25b，多对肋25c形成于封盖25的凸缘部分25b上。

一对用来向热电模块20供电的电线28从封盖25通过第二密封材料27延伸到外面。

类似于热放射件21，热吸收件23通过多个螺栓32固定地连接到热传导块22上。用诸如硅的材料制成的密封圈29放置在封盖25和热吸收件23之间的间隙内。

与本发明第一实施例相一致的采用热电模块20的冷却和加热装置主要放在用来把冷却和加热空间1和2分别互相分离开的隔离壁3内。更具体的是，热电模块20，热传导块22和封盖25位于隔离壁3内，热放射件21朝着其外表面上的加热空间2定向，并且热吸收件23朝着其外侧上的冷却空间1定向。

为了提高热吸收和放射件23和21的热传导性，多个散热片23a和21a分别形成于热吸收和放射部件23和21的外侧。尽管图中没有显示，两个风扇可分别安装在热吸收和放射部件23和21的附近，以使热交换更有效地进行。

隔离壁3包括与冷却空间1接触的内板3a，与加热空间2接触的外板3b，和例如用氨基申酸乙酯制成的绝缘件3c，其充满内板和外板3a和3b之间，其中本发明的冷却和加热装置通过内板和外板3a和3b安装。

图3是展示了封盖25安装到热传导块22和热放射件21上以密封热电模块20的视图。如图所示，热电模块20的前表面与热传导块22接触，热电模块20的侧表面被第一密封材料26和封盖25从外界中密封起来，热电模块20的后表面被第二密封材料27(见图2)和封盖25的凸缘部分25b从外界中密封起来。如上所述，一对肋25c形成于封盖25的凸缘部分25b以加强封盖25的凸缘部分25b。螺栓31插入到各对肋25c的之间。

一对连接到热电模块20上且嵌入到封盖25的凸缘部分25b内并去除其涂层的电线28用焊锡33各自连接到另一对与封盖25外部的电源相连接的电线30上，这样就给热电模块20供电。

如上所述，一对连接到热电模块20上的电线28固定地嵌入到第二密封材料27内且去除掉其涂层，因此潮气就可被防止通过电线30渗入到热电模块20内。

以下将要描述一个过程，在这个过程中冷却和加热装置的热电模块20，热放射件21和热传导块22被封盖25和第一第二密封材料26和27集成为一个单一整体。

首先，热传导胶24应用在热电模块20的热放射侧和热放射件21以及热电模块20的热吸收侧和热传导块22之间，这样就把热电模块20，热放射件21和热传导块22互相连接到一起。第一密封材料26，例如可由环氧树脂制成，应用到热传导块22的侧面，其中互锁台阶22a和互锁槽22b形成于其上，同时第二密封材料27例如由环氧树脂制成，应用到热放射件21的内表面。

然后，通过封盖25的互锁突起25a，例如用玻璃纤维加强环氧树脂制成，以图2和3所示的形式与涂有第一密封材料26的热传导块22的互锁台阶22a互锁，以及封盖25的凸缘部分25b与涂有第二密封材料27的热放射件21的一部分相接触，封盖25通过用力矩驱动器(未示出)上紧螺栓31同时用压力夹具(未示出)压迫封盖25以维持稳定的组装压力而与热放射件21结合在一起。

在以上的组装过程中，当第一和第二密封材料硬化时，封盖25和热传导块22以及封盖25和热放射件21中的各对牢固地相互连接起来，从而把热电模块20从外界空气中密封起来。

在这样的情况下，组装压力的大小可被确定为：即使当热电模块20处于热膨胀和热收缩状态下时，也能对热电模块20施加最小量的应力。

通过热放射件21，热传导块22和封盖25组装在一起，热吸收件23用螺栓32固定地连接到热传导块22的前表面上，由此完成冷却和加热装置的组装。

在完整的冷却和加热装置通过隔离壁3安装好后，其中隔离壁将冷却和加热空间1和2相互分开，绝缘件3c，如氨基甲酸乙酯泡沫，填充在内板和外板3a和3b之间，由此完成采用热电模块的冷却和加热装置。

在冷却和加热装置如上述组装好后，当直流电通过电线28和30通到冷却和加热装置上时，与热传导块22相接触的热电模块20的热吸收侧就被冷却，并且热传导块22和热吸收件23通过热传导冷却，从而冷却冷却空间1并保持冷却空间1在较低的温度。同时，与热放射元件21相接触的热电模块20的热放射侧被加热并加热热放射件21，从而加热加热空间2并保持加热空间2在较高的温度。

图4是与本发明第二实施例相一致的采用热电模块的冷却和加热装置的纵向截面图。如图4所示，第二优选实施例的冷却和加热装置包括对应于第一实施例的热放射件23的零件，其与由金属材料制成的隔离壁3的内板3a合并成一体，且与热传导块22直接接触。因此，热电模块20的热吸收冷却热传导块22，且隔离壁3的内板3a被热传导块22的热传导冷却，从而冷却冷却空间1。

除了对应于热放射件的零件，其它元件与第一实施例的对应元件相同，因此对这些元件的进一步描述就省略了。

图5是与本发明第三实施例相一致的采用热电模块的冷却和加热装置的纵向截面图。如图5所示，第三实施例的冷却和加热装置包括对应于第一实施例的热吸收件23的元件，其包括冷却剂箱40并连接到热传导块22上。冷却剂出口40a和冷却剂入口40b分别形成于冷却剂箱40的下端和上端。

结果，热传导块22被热电模块20的热吸收所冷却，并且容纳在冷却剂箱40内的冷却剂被热传导块22的热传导所冷却。因此，低温的冷却剂通过冷却剂出口40a流出冷却剂箱40，通过热交换器(未示出)和风扇(未示出)经历热交换，并通过冷却剂箱40的入口40b流入到冷却剂箱40内。冷却剂41重复以上循环。在冷却剂41经过冷却剂箱40和热交换器的循环中，冷却剂41冷却冷却空间1。

除了冷却剂箱40，冷却剂入口40b，冷却剂入口40a和冷却剂41的其它元件与第一实施例的对应元件相同，所以对这些元件的进一步描述就省略了。

如上所述，本发明提供了一种采用热电模块的冷却和加热装置，其中所述热电模块，热放射件和热传导块集成为一个单一的整体，因此冷却和加热装置的组装性得到改善，从而使统一性能的产品能够大规模生产。

另外，提供一种采用热电模块的冷却和加热装置，其中所述热电模块从外界空气中完全封闭起来，因此热电模块防止潮气渗透的腐蚀，从而保持热电模块良好的性能并延长热电模块的寿命。

另外，提供一种采用热电模块的冷却和加热装置，其中所述热电模块和热放射件直接相互连接到一起而不采用另外的部件，因此热阻表面可被最小化，从而改善冷却和加热装置的性能。

尽管展示和描述了本发明的几个优选实施例，可以理解的是，本领域的普通技术人员在不离开本发明的原理和精神的情况下可对实施例进行修改，本发明的范围在权利要求和其等同替换中限定。

Claims (9)

1.一种冷却和加热装置，包括：

热电模块；

连接到热电模块第一表面上的热放射件；

连接到热电模块第二表面上的热传导块；

连接到热传导块上的热吸收件；以及

通过固定地盖住热电模块和热传导块的侧表面以及热放射元件内表面的一部分而把热电模块和热传导块集成为一个单一整体的封盖，

其中所述热传导块沿其侧表面设置有互锁台阶和互锁槽，所述封盖在其端部设置有互锁突起，从而所述封盖的互锁突起与热传导块的互锁台阶互锁，而且互锁台阶和热传导块的互锁槽被第一密封材料所覆盖。

2.根据权利要求1所述的冷却和加热装置，其中热电模块和热传导块，热电模块和热放射件，热传导块和热吸收件中的每一对分别通过热传导胶相互连接在一起。

3.根据权利要求2所述的冷却和加热装置，其还包括：

设置于封盖和热传导块侧表面之间的第一密封材料；及

设置于封盖和热放射件内表面之间以把热电模块从外界空气中密封起来的第二密封材料。

4.根据权利要求3所述的冷却和加热装置，其中第一密封材料和第二密封材料是环氧树脂。

5.根据权利要求3所述的冷却和加热装置，其中所述封盖在其端部设置有向外伸出的凸缘部分，一对肋形成于所述凸缘部分表面的每一段上，所述封盖通过螺栓连接到所述发热部件上，其中各螺栓分别插入到各对肋之间。

6.根据权利要求3所述的冷却和加热装置，其还包括：

一对电连接到热电模块上的电线，其中所述电线嵌入到封盖和热放射件之间的第二密封材料中，其中涂层被从电线上去除掉。

7.根据权利要求1所述的冷却和加热装置，其中所述热放射件和热电模块直接相互连接，从而减小热阻。

8.根据权利要求1所述的冷却和加热装置，其中所述封盖，所述热电模块和所述热传导块形成一个结构整体。

9.根据权利要求2所述的冷却和加热装置，其中所述热传导胶通过把热传导粉末加入到油中而制成。

Images