熱電組件的制作方法
【專利說明】熱電組件
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考
[0002]本申請(qǐng)要求于2013年3月15日提交的美國(guó)實(shí)用新型專利申請(qǐng)第13/838，832號(hào)的權(quán)益和優(yōu)先權(quán)。以上申請(qǐng)的整體公開通過參考結(jié)合于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開總體涉及熱電組件墊片。
【背景技術(shù)】
[0004]本部分提供與本公開相關(guān)的背景信息，其不必一定是現(xiàn)有技術(shù)。
[0005]珀?duì)柼?Peltier)效應(yīng)是在兩種不同類型的材料的接合處之間產(chǎn)生熱通量的效應(yīng)。熱電模塊(TEM)是利用珀?duì)柼?yīng)將熱從TEM的一側(cè)(“冷側(cè)”)傳遞到TEM的另一側(cè)(“熱側(cè)”)的半導(dǎo)體器件。TEM(固態(tài)珀?duì)柼骷?在將DC電源施加至TEM時(shí)有效地充當(dāng)熱栗。根據(jù)電流方向，熱從一側(cè)到另一側(cè)移動(dòng)通過TEM，消耗電能。這樣的儀器還可以被稱為珀?duì)柼鋮s器或加熱器、熱電熱栗、珀?duì)柼麩崂酢⒐虘B(tài)制冷器、熱電冷卻器(TEC)、或熱電模塊(TEM)。TEM可用于加熱或用于冷卻(制冷)，但是實(shí)際上，主要應(yīng)用是冷卻。
[0006]熱電組件(TEA)通常包括一對(duì)風(fēng)扇散熱器(fan sink)，這一對(duì)風(fēng)扇散熱器在相反方向上面向外并且在它們的底座處與一個(gè)或更多個(gè)TEM相交。TEA可以包括冷側(cè)風(fēng)扇散熱器、熱側(cè)風(fēng)扇散熱器和設(shè)置在風(fēng)扇散熱器之間的多個(gè)TEM。風(fēng)扇散熱器典型地包括風(fēng)扇，風(fēng)扇通常通過使用在散熱器鰭片上方的風(fēng)扇罩被安裝在散熱器上或者附近。TEA還可以包括包圍TEM的泡沫墊片。TEM可以被布置成單個(gè)電路或一系列并聯(lián)電路。風(fēng)扇散熱器均可以與TEM散熱器底座熱接觸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本部分提供本公開的總體概述，但不是其整個(gè)范圍或所有其特征的全面公開。
[0008]一方面，熱電組件具有冷側(cè)和熱側(cè)。熱側(cè)和冷側(cè)之間的邊界通常可以由一平面限定。一個(gè)或更多個(gè)熱電模塊可以在該平面中并且被布置成一個(gè)電路或多個(gè)并聯(lián)電路，并且與熱側(cè)和冷側(cè)二者直接熱接觸。
[0009]熱側(cè)和冷側(cè)二者均包括單個(gè)風(fēng)扇散熱器，其中，風(fēng)扇散熱器是散熱器和風(fēng)扇，每個(gè)風(fēng)扇包括葉片，并且每個(gè)散熱器包括鰭片集合，其中，鰭片集合是散熱器底座上的一系列平行突起，這些平行突起在單個(gè)排氣方向上對(duì)齊。散熱器和通過熱側(cè)和冷側(cè)之間的劃分限定的平面可以在風(fēng)扇罩內(nèi)對(duì)角傾斜，使得整個(gè)熱電組件可以完全安裝在表面的一側(cè)(諸如，垂直壁)上。
[0010]在一個(gè)實(shí)施方式中，每個(gè)風(fēng)扇散熱器擁有進(jìn)氣方向，進(jìn)氣方向由葉片圍繞其可旋轉(zhuǎn)地附接到風(fēng)扇的軸限定。冷側(cè)上的一對(duì)風(fēng)扇散熱器的進(jìn)氣方向是平行的相反矢量。
[0011]可應(yīng)用性的其它范圍將從本文中提供的描述變得明顯。本
【發(fā)明內(nèi)容】
中的描述和具體示例旨在僅用于說明目的，而不旨在限制本公開的范圍。
【附圖說明】
[0012]本文中描述的附圖僅用于所選實(shí)施方式的說明目的而不用于所有可能實(shí)現(xiàn)，并且不旨在限制本公開的范圍。
[0013]圖1A示出傳統(tǒng)熱電組件的一側(cè)的立體圖；
[0014]圖1B示出圖1A中所示的傳統(tǒng)熱電組件的另一側(cè)的立體圖；
[0015]圖1C示出圖1A和圖1B中所示的傳統(tǒng)熱電組件的實(shí)施方式的氣流圖；
[0016]圖2A示出單片式散熱器的截面示例；
[0017]圖2B示出多片式散熱器的截面示例；
[0018]圖3示出熱電組件的實(shí)施方式的溫度梯度圖；
[0019]圖4A示出安裝在一表面上的熱電組件的實(shí)施方式的氣流圖，該氣流圖示出安裝在將由熱電組件冷卻的腔體外側(cè)的組件；
[0020]圖4B示出安裝在一表面上的熱電組件的實(shí)施方式的氣流圖，該氣流圖示出安裝在將由熱電組件冷卻的腔體內(nèi)側(cè)的組件；以及
[0021]圖5示出熱電組件的實(shí)施方式的比較測(cè)試數(shù)據(jù)。
【具體實(shí)施方式】
[0022]現(xiàn)在，將參照附圖更充分地描述示例性實(shí)施方式。
[0023]TEA通常如下操作:在冷側(cè)上，風(fēng)扇使周圍空氣進(jìn)入由散熱器鰭片之間的空間限定的散熱器通道中，從而將大量環(huán)境空氣吸入到冷側(cè)鰭片上方，以便于在冷側(cè)上最后的空氣到金屬熱傳遞。TEM與散熱器的底座物理熱接觸。TEM將熱能從冷側(cè)的散熱器底座抽吸到熱側(cè)的散熱器的底座上。隨著熱側(cè)的散熱器由于由TEM抽吸到熱側(cè)的散熱器的熱而變暖，通過穿過熱側(cè)的散熱器的鰭片吸入環(huán)境空氣并且從熱側(cè)空氣通道排出暖空氣，熱側(cè)風(fēng)扇冷卻熱側(cè)的散熱器的鰭片。本質(zhì)上，TEM將熱從該單元的一側(cè)抽吸到另一側(cè)，同時(shí)風(fēng)扇散熱器提供大量的表面積和通過其的氣流，以使得能夠進(jìn)行有效熱傳遞。
[0024]風(fēng)扇散熱器是用于強(qiáng)制空氣對(duì)流的已知機(jī)構(gòu)，強(qiáng)制空氣對(duì)流提供更有效的空氣到金屬或金屬到空氣熱傳遞。另外，強(qiáng)制對(duì)流機(jī)構(gòu)通過環(huán)境空氣的連續(xù)移動(dòng)，幫助防止散熱器材料的氧化。風(fēng)扇散熱器包括特定風(fēng)扇和散熱器構(gòu)造，一種風(fēng)扇和散熱器構(gòu)造是:風(fēng)扇葉片圍繞其轉(zhuǎn)動(dòng)的軸垂直指向由散熱器的底座限定的平面，使得環(huán)境空氣朝向散熱器的底座被吸入到鰭片集合中并且從鰭片集合的任一側(cè)排出。
[0025]熱電模塊是基本固態(tài)的熱栗，包括正摻雜模塊和負(fù)摻雜模塊。熱電模塊可以布置成單個(gè)串聯(lián)電路或多個(gè)并聯(lián)電路、或其任何組合。在非限制性實(shí)施方式中，例如，在TEA中存在八個(gè)TEM的情況下，TEM可以被布置成各自具有兩個(gè)串聯(lián)連接的TEM的四個(gè)并聯(lián)電路、各自具有四個(gè)串聯(lián)連接的TEM的兩個(gè)并聯(lián)電路、或者可以是每個(gè)都在單個(gè)電路上的八個(gè)單獨(dú) TEM0
[0026]如本文中引用的，術(shù)語“熱側(cè)”和“冷側(cè)”不必須指示作為按照字面意思的“熱”或“冷”的一側(cè)。而是，本文中公開的TEA的目的是將熱從冷側(cè)傳遞到熱側(cè)，從而給冷側(cè)提供相對(duì)冷卻。例如，安裝有TEA裝置的屋頂供電室將熱從溫暖的內(nèi)部傳遞到可能較冷的外部環(huán)境。相反，通過將熱從較冷的冷側(cè)傳遞到較暖的熱側(cè)，可以冷卻比周圍環(huán)境室溫更冷的安裝在室內(nèi)冷酒器或冰酒器上的TEA裝置。同樣地，術(shù)語“熱側(cè)”和“冷側(cè)”不旨在限于字面意義上是熱或冷的側(cè)，而僅旨在示出TEA的可能熱流的實(shí)施方式。
[0027]參照附圖，在圖1A和圖1B中可以看到現(xiàn)有技術(shù)的TEA 100。該TEA的熱側(cè)的風(fēng)扇散熱器102和冷側(cè)的風(fēng)扇散熱器104 二者包括散熱器108和風(fēng)扇106，其中，風(fēng)扇進(jìn)氣方向垂直于散熱器的底座。另外，兩個(gè)風(fēng)扇進(jìn)氣方向可以被表不為相反矢量。散熱器底座與一平面相交，在該平面中，TEM與兩個(gè)散熱器直接熱接觸。
[0028]如在圖1C的二維側(cè)視氣流圖中看到的，進(jìn)氣方向110垂直于該平面，并且與排氣方向112 —起形成基本十字形狀。TEA 100的熱側(cè)102和冷側(cè)104 二者都包括單個(gè)進(jìn)氣方向110和一對(duì)排氣方向112，空氣在兩個(gè)相反方向上流出相應(yīng)散熱器108的鰭片。
[0029]當(dāng)被安裝在垂直表面(諸如，墻壁)上時(shí)，圖1A、圖1B和圖1C的TEA必須占用垂直表面的兩側(cè)上的空間，以允許在該表面的每側(cè)上排出空氣。
[0030]盡管散熱器的形狀不受限制，但是適于在TEA中使用的散熱器通常包括矩形底座，一系列鰭片(被稱為鰭片集合)在該矩形底座上突出。鰭片可以是大體平行的板，