CN2504569Y - 分体式热电制冷器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种由绝缘板1,热电材料2,引入导线4和导线束6组成的分体式热电制冷器。构成制冷器的冷热端成为两个自由端,两端上的同种热电材料之间通过引入导线4和导线束6分别作远距离连接。这样,冷热两端被充分分开后,完全避免了由于两端之间的热传导给制冷器的制冷效能所带来的负面影响,同时使热端的散热装置在设计和安装上更灵活自由。

Description

分体式热电制冷器

本实用新型涉及一种分体式热电制冷器，尤其是在同种制冷材料中间引入导线使冷热两端充分分离的分体式热电制冷器。

近几年，电子制冷技术异军突起，大有替代机械压缩制冷的趋势。原因在于电子制冷有很多优点：它不使用制冷剂，不污染环境。无噪音，无磨损，运行可靠，维护方便。体积小，重量轻，可只冷却一专门的元件或特定的面积。冷却速度快，控制简单。另外，若在制冷器两端建立温差还有发电的功能。但是，目前这种电子制冷技术主要用于需要制冷的特殊行业，如医疗和科研试验等，而且大都是小功率的制冷器械，并没有被用于大功率的家用制冷电器。其主要原因是，用于电子制冷的核心部件----现行的整体式热电制冷器在制冷时热端热量难以散失，致使其制冷效能低下。形成这一结果的原因有二：(1)热端和冷端之间存在热传导。(2)在结构上现行热电制冷器热端的散热装置难以匹配和安装。由于热传导的存在，从热端到冷端的损失热需要更多的电能做功将其运输到制冷器热端，而附加的这部分电能最后又以热能的形式在制冷器热端集聚。因为热传导始终存在，所以在热端的附加热能就一直在聚集，这是现行热电制冷器制冷效率低的一个重要原因。在结构上，现行热电制冷器均是在配对的半导体热电材料组两端连接金属片(通常是铜片)和绝缘板制成，外型结构如图1，内部热电材料连接如图2。由于半导体热电材料强度很低且价格昂贵，般在长度尺寸上都做的很短，致使热传导因素对制冷效能影响很大。另外，冷热两端直接通过热电材料连接成为一个整体，由于受制冷器在冷却器械上的安装空间的限制，热端的散热装置难以匹配和安装。热端热量难以散失致使制冷器的制冷功能锐减。以上两因素决定了现行热电制冷器难以达到目前家用制冷电器的机械压缩制冷效果。

本实用新型的目的是提供一种无热传导负面效应影响的热电制冷器，将制冷器两端有效分离，从而使热电制冷器更趋实用化。

为实现上述目的，本实用新型将目前的热电制冷器由整体式改为分体式。所谓分体式热电制冷器，就是在相应的同种热电材料中间引入导线，使冷热两端充分分离。

冷热两端分离后，各端可以附加一级或二级整体制冷结构。现行的热电制冷器大多是一级制冷结构，但有时为了得到更低的制冷温度又做成了二级制冷和三级制冷结构。同样，在分体热电制冷器的两端也可以分别添加一级或二级整体式制冷结构，以得到更低的制冷温度。

冷热两端分离后，两端制冷材料对数并不一定相等。有时为了制造方便或受安装空间的限制，两端热电材料对数可以做的并不相等。但通过引入导线连接的必须是同种类型的热电材料，以保证由P，N材料对构成的热电偶之间的并联关系。

根据现在的实验证明，在温差电路中引入第三种材料(连接片和导线)不会改变电路的特性，所以在同种热电材料中间引入导线也不会改变原热电制冷器的制冷和发电特性。采用这样的结构后，将使制冷器的制冷性能从两方面得到改善：

    第一.完全消除掉由热端向冷端的热传导给热电制冷器的

  制冷性能带来的负面影响。

    第二.冷热两端的安装更自由，可以实现远距离安装，从

  而使热端的散热装置更容易实现匹配。

根据热电制冷器产冷量公式：

      Q₀＝Q_p-Q_hc＝α_abT_cI-1/2I²R-KΔT

其中的传导热KΔT部分就会被消除掉，使热电偶制冷产冷量公式变为：

      Q₀＝Q_p-Q_hc＝α_abT_cI-1/2I²R

所以对于相同的产冷量分体式热电制冷器消耗电量少，在热端的产热量也就少，从而使热电制冷器的制冷效率和性能得到提高。另一方面，冷端和热端不再是一个整体，可以实现远距离自由安装，使热端的散热装置在设计和安装上更易匹配。由于这种分体式热电制冷器的制冷效率和性能得到很大提高，从而使大功率家用制冷器如电子制冷空调，电子制冷冰箱等成为可能。当这种分体式热电制冷器用于发电时，它的两端可以放的很远，不会再有热传导的负面影响，使其处在恒定的温差下正常工作。这种分体式热电制冷器也使野外篝火直接发电和地热直接发电等成为可能。

图1是现行的整体式热电制冷器外型图。

图2是整体式热电制冷器内部热电材料连接示意图。

图3是本实用新型分体式热电制冷器的外观图。

图4是分体式热电制冷器内部热电材料和引入导线连接示意图。

图5是分体式热电制冷器另一连接外型图。

图6是电偶之间并联且两端制冷材料对数不等时制冷器内部导线连接图。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图3所示分体式热电制冷器由绝缘板1，热电材料2和引入导线4组成。为了热电材料2和引入导线4连接可靠加入了固定板3。组成电偶的一对热电材料两端依然用金属片(通常用铜片)连接。在热电材料中间引入的导线4通过连接头5与远距离输送线导线束6连接。外界直流电源通过外接电源线7将分体式热电制冷器接入电路，使其发挥一端吸热一端放热的制冷作用。为了美观和安装方便，引入导线4也可与固定板做在一起，两工作端通过多芯插头和导线板连接，如图5所示。

图4是分体式热电制冷器内部热电材料和引入导线连接示意图，引入导线连接在同种热电材料中间，不会改变原热电制冷器的制冷和发电特性。电流从外接电源线接入，通过PN端(从P型材料到N型材料)时进行放热反应，通过NP端(从N型材料到P型材料)时进行吸热反应。由热电材料组成的各热电偶之间可以串联也可以并联，如图6，且此示意图也是两端热电材料对数不等的情况。

Claims (3)

1.一种用于制冷也可用于发电的分体式热电制冷器，由绝缘片，半导体热电材料和引入导线组成，其特征在于：构成制冷器的两个端充分分离，同种热电材料之间分别通过引入导线4对应连接。

2.根据权利要求1所述的分体式热电制冷器，其特征在于：由P，N热电材料组成的电偶之间可以并联也可以串联，两端制冷材料对数并不一定相等。

3.根据权利要求1所述的分体式热电制冷器，其特征在于：制冷器的两个端可以分别添加一级或二级整体制冷结构。

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