基于热电效应的半导体局部制冷设备及其制冷方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种基于热电效应的半导体局部制冷设备及其制冷方法与应用设备包括：制冷面、热电半导体制冷片、散热组件、温度传感器和温度控制器；所述热电半导体制冷片包括低温端和高温端；所述制冷面的表面分为A面和B面，所述制冷面的B面与热电半导体制冷片的低温端连接，所述散热组件与所述热电半导体制冷片的高温端连接；所述温度传感器与制冷面的A面连接；所述温度控制器与所述温度传感器、热电半导体制冷片的低温端、以及散热组件分别连接。本发明专利技术可以为科研实验室局部制冷、医疗冷却处理、食品降温保鲜，生物技术等需要在开放空间局部制冷的场合提供便携、小型的制冷设备。小型的制冷设备。小型的制冷设备。

【技术实现步骤摘要】
基于热电效应的半导体局部制冷设备及其制冷方法与应用


[0001]本专利技术属于制冷
，具体涉及一种基于热电效应的半导体局部制冷设备及其制冷方法与应用。

技术介绍

[0002]目前日常生活，工业生产，食品保鲜等很多领域会用到制冷。通常制冷方法是采用压缩机压缩易液化的气体使其液化，然后再通过液体的蒸发来吸收热量来降低环境的温度。通常这种传统的制冷方法需要压缩机，所以在运行时会产生一定的噪音，而且制冷器的体积不能做到很小。而且这种制冷方法需要制冷剂作为媒介，此类化学物质在制冷器运行的过程中会有一定程度的泄露，特别是当制冷器被遗弃以后，制冷剂会全部泄露到环境当中，从而造成一定程度的环境污染，如温室效应、破坏臭氧层等。
[0003]热电材料是一种可以将电势差转化为温度差的材料。当热电材料的两端建立一个电压时，材料的一端会制冷而另一端会发热，从而将电势差转化为温度差，这是基于热电效应的半导体制冷的原理。此制冷原理是物理过程。在有外加电压时，半导体材料内部的载流子在电场的作用之下从一端迁移到另一端，同时也将热量从一端转移到另一端。失去热量的一端温度会下降，通常被称作冷端；而得到热量的一端温度会升高，通常被称作热端。此时材料的冷端就可以用来制冷。这种制冷原理的优势是：整个器件没有活动的部件，所以器件运行的时候没有噪音，运行稳定，几乎不需要维护，制冷器可以使用10年以上。而且运行过程中也不会产生对环境有害的气体，另外制冷速度快，在1分钟之内就可以达到-2℃。并且此半导体制冷器的体积可以做到很小，很方便携带，可以用来制作类似车载冰箱等便携式冰箱，也方便为需要局部制冷的场合提供冷源。
[0004]然而现有技术中的基于热电效应的半导体制冷设备多用于封闭空间的制冷，且控温不够准确，制冷精确度低。常用的半导体制冷设备的制冷面较为单一，设备体积较大，用途受到限制。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种半导体局部制冷设备，所述设备包括：制冷面、热电半导体制冷片、散热组件、温度传感器和温度控制器；
[0006]所述热电半导体制冷片包括低温端和高温端；
[0007]所述制冷面的表面分为A面和B面，所述制冷面的B面与热电半导体制冷片的低温端连接，所述散热组件与所述热电半导体制冷片的高温端连接；所述温度传感器与制冷面的A面连接；
[0008]所述温度控制器与所述温度传感器、热电半导体制冷片的低温端、以及散热组件分别连接。
[0009]根据本专利技术的实施方案，所述A面和B面为制冷面的相对两面，例如上下相对的两面或内外相对的两面。
[0010]根据本专利技术的实施方案，所述温度传感器可以设置在所述制冷面的A面或靠近A面的位置，例如A面的几何中心位置和/或可以设置在所述制冷面的A面的其他不同位置，以使A面的各个部位达到均匀的温度分布；另外也可以通过温度控制器使制冷面的不同部位达到不同的温度，从而形成设计好的温度梯度分布。
[0011]根据本专利技术的实施方案，所述温度传感器的数量至少为一个，例如可以为两个、三个或更多个。当所述温度传感器的数量大于等于2时，各个温度传感器为并联关系。
[0012]根据本专利技术的实施方案，所述制冷面的B面将低温端的温度通过制冷面本体传递至制冷面的A面，由温度传感器探测到A面的温度。
[0013]根据本专利技术的实施方案，所述热电半导体制冷片的数量至少为一个，例如可以为两个、三个或更多个。当所述热电半导体制冷片的数量大于等于2时，各个热电半导体制冷片为并联关系。而且各个制冷片由温度控制器单独控制，如此可以调控制冷面的温度，使其各个部位的温度均匀分布。另外也可以通过温度控制器使制冷面的不同部位达到不同的温度，从而形成设计好的温度梯度分布。优选地，所述热电半导体制冷片的低温端均匀分布在所述制冷面的B面。
[0014]根据本专利技术的实施方案，所述热电半导体制冷片的材质可以为Bi2Te3和Sb2Te3等。
[0015]根据本专利技术的实施方案，所述制冷面的形状可以根据待冷却物的形状进行调整。例如，所述制冷面可以为平面、曲面、球面、格栅板、阵列及其他形状不规则的面；示例性地，所述制冷面可以为平板表面、棒状表面、雪糕状表面、弧形面(例如半球形面)、方桶形面、圆筒形面等任意一种。又如，所述制冷面可以带孔或不带孔；进一步地，所述孔可以为通孔或非通孔。
[0016]根据本专利技术的实施方案，所述A面还可以与待冷却物接触。
[0017]根据本专利技术的实施方案，所述制冷面的材质为热传递性能优异的金属，例如为A5052铝合金、304不锈钢、黄铜等。
[0018]根据本专利技术的一个实施方式，所述制冷面为金属平板表面或金属棒表面。其中，所述制冷面的A面和B面为上下相对的两面。其中，所述温度传感器设置在所述金属平板或金属棒的A面的几何中心位置处和/或几何中心的两边。其中，所述热电半导体制冷片的数量可以为三个，以均匀间隙分布在所述金属平板或金属棒的B面，以使热量传递均匀。
[0019]根据本专利技术的一个实施方式，所述制冷面为带有至少一个通孔或非通孔的金属块表面。其中，所述孔的尺寸可以根据试管或者其他液体容器的大小和形状来确定，试管或者其他液体容器可以放入制冷板的孔内，从而可以更好冷却试管内或者其他液体容器内的样品。其中，所述温度传感器设置在靠近所述金属块的通孔的A面。其中，所述热电半导体制冷片的数量可以与所述孔的数量相同；优选地，所述热电半导体制冷片设置在所述孔的正下方。
[0020]根据本专利技术的一个实施方式，所述制冷面为雪糕状表面。其中，所述制冷面的A面为其内表面，所述制冷面的B面为其外表面。可以用于便携式雪糕制作器，可以在野外露营的地方简单快速的制作雪糕，或者也可以用于碳酸饮料等的冷却。
[0021]根据本专利技术的一个实施方式，所述制冷面为半球形面。其中，所述温度传感器设置在所述半球形面的四端和半球形面与水平面相切处。其中，所述热电半导体制冷片的数量可以为五个，分别设置在半球形的四端和半球形面与水平面相切处。优选地，温度传感器的
位置靠近A面，通常热电半导体制冷片的位置在温度传感器的后方，但不仅仅限制于后方，并且部分嵌入B面中。A面为朝向圆心的内表面，B面为与A面的相对面。半球形制冷面可以用于实验室圆底烧瓶的冷却。例如有些有机反应在圆底烧瓶里面进行，而且需要冰浴冷却，通常这种需要人工不停的加入冰块来保持冰浴的温度，利用这个球面的冷却台，可以持续为圆底烧瓶提供冷源，来使反应温度保持在冰浴的温度，无需再人工加入冰块。并且此设备可以设置除冰浴温度(0℃)以外的温度。
[0022]根据本专利技术的一个实施方式，所述制冷面为方桶形面。其中，所述制冷面的A面为其内表面，所述制冷面的B面为其外表面。其中，所述温度传感器可以设置在所述制冷面垂直于水平面的A面以及平行于水平面的A面。其中，所述热电半导体制冷片可以设置在所述制冷面垂直于水平面的B面以及平行于水平面的B面。方桶形制冷面用于方形反应器，或者其他比较通用的反应的冷却。
[0023]根据本专利技术的一个实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体局部制冷设备，其特征在于，所述设备包括：制冷面、热电半导体制冷片、散热组件、温度传感器和温度控制器；所述热电半导体制冷片包括低温端和高温端；所述制冷面的表面分为A面和B面，所述制冷面的B面与热电半导体制冷片的低温端连接，所述散热组件与所述热电半导体制冷片的高温端连接；所述温度传感器与制冷面的A面连接；所述温度控制器与所述温度传感器、热电半导体制冷片的低温端、以及散热组件分别连接。2.根据权利要求1所述的半导体局部制冷设备，其特征在于，所述A面和B面为制冷面的相对两面，例如上下相对的两面或内外相对的两面。优选地，所述温度传感器设置在所述制冷面的A面的几何中心位置和/或设置在所述制冷面的A面其他不同位置，以使A面的各个部位达到均匀的温度分布。优选地，所述温度传感器的数量至少为一个；当所述温度传感器的数量大于等于2时，各个温度传感器为并联关系。优选地，所述制冷面的B面将低温端的温度通过制冷面本体传递至制冷面的A面，由温度传感器探测到A面的温度。3.根据权利要求1或2所述的半导体局部制冷设备，其特征在于，所述热电半导体制冷片的数量至少为一个；当所述热电半导体制冷片的数量大于等于2时，各个热电半导体制冷片为并联关系。优选地，各个制冷片由温度控制器单独控制，以调控制冷面的温度，使其各个部位的温度均匀分布。优选地，所述热电半导体制冷片的低温端均匀分布在所述制冷面的B面。4.根据权利要求1-3任一项所述的半导体局部制冷设备，其特征在于，所述热电半导体制冷片的材质为热电材料，如Bi2Te3和Sb2Te3等。优选地，所述制冷面的形状根据待冷却物的形状进行调整。例如，所述制冷面为平面、曲面、球面、格栅板、阵列及其他形状不规则的面；示例性地，所述制冷面为平板表面、棒状表面、雪糕状表面、弧形面(例如半球形面)、方桶形面、圆筒形面等任意一种。优选地，所述制冷面带孔或不带孔；优选地，所述孔为通孔或非通孔。优选地，所述A面还与待冷却物接触。优选地，所述制冷面的材质为热传递性能优异的金属。5.根据权利要求4所述的半导体局部制冷设备，其特征在于，所述制冷面为金属平板表面或金属棒表面；所述制冷面的A面和B面为上下相对的两面；优选地，所述温度传感器设置在所述金属平板或金属棒的A面的几何中心位置处和/或几何中心的两边；优选地，所述热电半导体制冷片的数量为三个，以均匀间隙分布在所述金属平板或金属棒的B面，以使热量传递均匀。或者，所述制冷面为带有至少一个通孔或非通孔的金属块表面。优选地，所述温度传感器设置在靠近所述金属块的通孔的A面；优选地，所述热电半导体制冷片设置在所述孔的正下方。或者，所述制冷面为雪糕状表面；所述制冷面的A面为其内表面，所述制冷面的B面为其外表面。
或者，所述制冷面为半球形面。优选地，所述温...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴挺俊，高鹏，
申请(专利权)人：厦门稀土材料研究所，
类型：发明
国别省市：