專利名稱：熱電—斯特林集成式制冷機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種適合于低溫制冷系統(tǒng)用的制冷機(jī)，特別是一種高制冷效率的熱電—斯特林集成式制冷機(jī)。
背景技術(shù)：
制冷機(jī)在現(xiàn)代高科技產(chǎn)業(yè)中扮演著愈來(lái)愈重要的角色。如半導(dǎo)體制程、生物醫(yī)學(xué)、基因工程、高速計(jì)算機(jī)、紅外線探測(cè)、航天衛(wèi)星、超導(dǎo)磁浮列車、超導(dǎo)通信及超導(dǎo)電機(jī)等。依其不同的工作原理，制冷機(jī)有斯特林制冷機(jī)、G-M制冷機(jī)、及脈沖式制冷機(jī)等。其中以斯特林制冷機(jī)的制冷效率最高，又兼具有體積小，重量輕等優(yōu)點(diǎn)。
斯特林制冷機(jī)是利用卡諾(Carnot)循環(huán)(等溫膨脹、斷熱膨脹、等溫壓縮、斷熱壓縮)原理，將熱能從冷頭吸收，再釋放到制冷系統(tǒng)外部，達(dá)到冷頭上器件制冷的要求。斯特林制冷機(jī)依需要可做成各種大小不同制冷力的機(jī)型，在液態(tài)氮溫度(77K，-196℃)下的制冷功率從0.1瓦(W)到幾千瓦。
熱電致冷器是由P型及N型半導(dǎo)體元件及上下有銅電極的陶瓷基板組成。制冷器借助于直流電流中載流子的定向流動(dòng)，分別將制冷器的熱量從一面移至另一面，實(shí)現(xiàn)了致冷器一面吸熱一面放熱的制冷效應(yīng)。若改變直流電源極性，其產(chǎn)生的吸、放熱效應(yīng)恰好相反。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種熱電—斯特林集成式制冷機(jī)，即將熱電致冷器與斯特林制冷機(jī)整合成整體，整合后的設(shè)備使原有單體斯特林制冷機(jī)的功效得到優(yōu)化，大幅度地提高了制冷效率。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案一種熱電—斯特林集成式制冷機(jī)，包括斯特林制冷機(jī)用壓縮機(jī)，其特征在于與壓縮機(jī)連接有一熱電式冷頭，所說(shuō)的熱電式冷頭是由兩條制冷通路構(gòu)成，一條制冷通路是由冷板下表面依導(dǎo)熱桿通過(guò)導(dǎo)熱板連接到冷頭本體；另一條制冷通路是由冷板下表面與導(dǎo)熱板上表面間接有熱電致冷器，再由導(dǎo)熱板下表面依導(dǎo)熱桿連接冷頭本體；冷頭本體連通于外部制冷系統(tǒng)。
上述所說(shuō)的冷板下表面與導(dǎo)熱板上表面間接有的熱電致冷器是由上端陶瓷基板、下端陶瓷基板、上下銅電極、半導(dǎo)體N型元件和半導(dǎo)體P型元件及直流電源構(gòu)成，熱電致冷器的上端陶瓷基板的表面依凹槽導(dǎo)熱膠接合于冷板之下表面；熱電致冷器下端陶瓷基板表面依凹槽導(dǎo)熱膠接合于導(dǎo)熱板之上表面；熱電致冷器之上端陶瓷基板底部及下端陶瓷基板頂部有銅電極，上下銅電極間有半導(dǎo)體N型元件及P型元件，上下銅電極連通一對(duì)N型元件與P型元件的輸入、輸出端，且銅電極的輸入、輸出端接通于直流電源，直流電流從半導(dǎo)體N形元件端之電極輸入端進(jìn)入，從半導(dǎo)體P型元件端之電極輸出端出來(lái)。
上述所說(shuō)的冷板下表面與導(dǎo)熱板上表面間接有的熱電致冷器至少設(shè)置一個(gè)，每個(gè)熱電致冷器可以有一對(duì)以上的半導(dǎo)體N型元件及P型元件。
上述所說(shuō)的一條制冷通路中冷板下表面通過(guò)導(dǎo)熱板連接到冷頭本體的導(dǎo)熱桿至少為2根；相對(duì)應(yīng)另一條制冷通路中由冷板與導(dǎo)熱板之間接有熱電致冷器后，導(dǎo)熱板下表面與冷頭本體相連接的導(dǎo)熱桿至少也應(yīng)為2根。
上述所說(shuō)的熱電制冷器可以用螺絲將其固定在冷板與熱板之間。
上述所說(shuō)的熱電制冷器與冷板及導(dǎo)熱板間依導(dǎo)熱膠接合。
本實(shí)用新型的工作原理與工作過(guò)程為熱電—斯特林集成式制冷機(jī)工作時(shí)由二種除熱機(jī)制排除熱能，一是熱能通過(guò)斯特林制冷機(jī)的壓縮機(jī)連接冷板依導(dǎo)熱桿過(guò)導(dǎo)熱板連接到冷頭本體排除，二是冷板上的另一部分熱能經(jīng)由熱電致冷器排除；熱電制冷器啟動(dòng)時(shí)通以直流電流，電流(I)從半導(dǎo)體N形元件端之電極進(jìn)入，從半導(dǎo)體P型元件端之電極出來(lái)。熱電致冷器排除的熱能是從冷板引導(dǎo)經(jīng)由熱電致冷器上、下端陶瓷基板、上下銅電極、半導(dǎo)體N型及P型元件及相接的直流電源制冷排除，熱電致冷器下端亦接至導(dǎo)熱板再經(jīng)導(dǎo)熱桿傳到冷頭本體，二路匯合共同傳到制冷系統(tǒng)外部，由此提高了制冷功效。熱電—斯特林集成式制冷機(jī)有三種不同的控制方式第一種是先啟動(dòng)斯特林制冷機(jī)，到特定溫度時(shí)再啟動(dòng)熱電制冷器；第二種是先啟動(dòng)熱電制冷器，再啟動(dòng)斯特林制冷機(jī)；第三種是斯特林制冷機(jī)與熱電制冷器同時(shí)啟動(dòng)。依不同的需要，可設(shè)定不同的啟動(dòng)方式。
本實(shí)用新型的優(yōu)越性在于1、熱電—斯特林集成式制冷機(jī)是一種新型的集成式制冷機(jī)，它將熱電致冷器連接在斯特林制冷機(jī)冷頭的下方，共同將冷頭上方的熱排除到制冷系統(tǒng)外，籍以降低冷頭的溫度，具有極高的制冷效率；2、此制冷機(jī)不僅可節(jié)約能源，且具有體積小、重量輕等特點(diǎn)；3、應(yīng)用范圍廣泛，不僅可應(yīng)用在移動(dòng)通信基站的超導(dǎo)濾波器系統(tǒng)，也可用在核磁共振顯相儀(MRI)等醫(yī)療系統(tǒng)及大型超導(dǎo)電機(jī)、電力系統(tǒng)上，具有強(qiáng)大的開(kāi)發(fā)前景。


附圖1為本實(shí)用新型所涉一種熱電—斯特林集成式制冷機(jī)的整機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖2為本實(shí)用新型所涉一種熱電—斯特林集成式制冷機(jī)中的熱電式冷頭結(jié)構(gòu)示意圖。
其中10為熱電—斯特林集成式制冷機(jī)，11為壓縮機(jī)，20為熱電式冷頭，21為冷板，22為冷板下表面，23為導(dǎo)熱桿，24為冷板之下凹槽，30為熱電致冷器，31為熱電致冷器之上端，32為熱電致冷器之下端，33為上端表面，34為下端表面，35為銅電極，36為半導(dǎo)體N型元件，37為P型元件，40為導(dǎo)熱板，41為導(dǎo)熱板之上表面，42導(dǎo)熱板之下表面，43為導(dǎo)熱板之上凹槽，50為冷頭本體。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一種熱電—斯特林集成式制冷機(jī)10(見(jiàn)圖1、2)，包括斯特林制冷機(jī)用壓縮機(jī)11，其特征在于與壓縮機(jī)11連接有一熱電式冷頭20，所說(shuō)的熱電式冷頭20是由兩條制冷通路構(gòu)成，一條制冷通路是由冷板21下表面22依導(dǎo)熱桿23通過(guò)導(dǎo)熱板40連接到冷頭本體50；另一條制冷通路是由冷板21下表面與導(dǎo)熱板40上表面間接有熱電致冷器30，再由導(dǎo)熱板40下表面依導(dǎo)熱桿23連接冷頭本體50；冷頭本體50連通于制冷系統(tǒng)外部。
上述所說(shuō)的冷板21下表面與導(dǎo)熱板40上表面間接有的熱電致冷器30是由上端陶瓷基板31、下端陶瓷基板32、上下銅電極35、半導(dǎo)體N型元件36和半導(dǎo)體P型元件37及直流電源構(gòu)成，熱電致冷器30的上端陶瓷基板31的表面33依凹槽24導(dǎo)熱膠接合于冷板21之下表面22；熱電致冷器下端陶瓷基板32表面34依凹槽43導(dǎo)熱膠接合于導(dǎo)熱板40之上表面41；熱電致冷器之上端陶瓷基板31底部及下端陶瓷基板32頂部有銅電極35，上下銅電極35間有半導(dǎo)體N型元件36及P型元件37，上下銅電極35連通一對(duì)N型元件36與P型元件37的輸入、輸出端，且銅電極35的輸入、輸出端接通于直流電源，電流(I)從半導(dǎo)體N形元件端之電極輸入端進(jìn)入，從半導(dǎo)體P型元件端之電極輸出端出來(lái)(見(jiàn)圖2)。
上述所說(shuō)的由冷板21下表面與導(dǎo)熱板40上表面間接有的熱電致冷器30可以設(shè)置兩個(gè)，每個(gè)熱電致冷器30可以有三對(duì)半導(dǎo)體N型元件36及P型元件37(見(jiàn)圖2)。
上述所說(shuō)的一條制冷通路中冷板21下表面22通過(guò)導(dǎo)熱板40連接到冷頭本體50的導(dǎo)熱桿23可以是三根；相對(duì)應(yīng)另一條制冷通路中由冷板21下表面22與導(dǎo)熱板40上表面41間接有熱電致冷器30后，導(dǎo)熱板40下表面42與冷頭本體50相連接的導(dǎo)熱桿23也應(yīng)是三根(見(jiàn)圖2)。
權(quán)利要求1.一種熱電—斯特林集成式制冷機(jī)，包括斯特林制冷機(jī)用壓縮機(jī)，其特征在于與壓縮機(jī)連接有一熱電式冷頭，所說(shuō)的熱電式冷頭是由兩條制冷通路構(gòu)成，一條制冷通路是由冷板下表面依導(dǎo)熱桿通過(guò)導(dǎo)熱板連接到冷頭本體；另一條制冷通路是由冷板下表面與導(dǎo)熱板上表面間接有熱電致冷器，再由導(dǎo)熱板下表面依導(dǎo)熱桿連接冷頭本體；冷頭本體連通于制冷系統(tǒng)外部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的一種熱電—斯特林集成式制冷機(jī)，其特征在于所說(shuō)的冷板下表面與導(dǎo)熱板上表面間接有的熱電致冷器是由上端陶瓷基板、下端陶瓷基板、上下銅電極、半導(dǎo)體N型元件和半導(dǎo)體P型元件及直流電源構(gòu)成，熱電致冷器的上端陶瓷基板的表面依冷板之下凹槽與導(dǎo)熱膠接合于冷板之下表面；熱電致冷器下端陶瓷基板表面依導(dǎo)熱板之上凹槽與導(dǎo)熱膠接合于導(dǎo)熱板之上表面；熱電致冷器之上端陶瓷基板底部及下端陶瓷基板頂部有銅電極，上下銅電極間有半導(dǎo)體N型元件及P型元件，上下銅電極連通一對(duì)N型元件與P型元件的輸入、輸出端，且銅電極的輸入、輸出端接通于直流電源，直流電流從半導(dǎo)體N形元件端之電極輸入端進(jìn)入，從半導(dǎo)體P型元件端之電極輸出端出來(lái)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的一種熱電—斯特林集成式制冷機(jī)，其特征在于所說(shuō)的冷板下表面與導(dǎo)熱板上表面間接有的熱電致冷器至少設(shè)置一個(gè)，每個(gè)熱電致冷器可以有一對(duì)以上的半導(dǎo)體N型元件及P型元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的一種熱電—斯特林集成式制冷機(jī)，其特征在于所說(shuō)的一條制冷通路中冷板下表面通過(guò)導(dǎo)熱板連接到冷頭本體的導(dǎo)熱桿至少為2根；相對(duì)應(yīng)另一條制冷通路中由冷板與導(dǎo)熱板之間接有熱電致冷器后，導(dǎo)熱板下表面與冷頭本體相連接的導(dǎo)熱桿至少也應(yīng)為2根。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所說(shuō)的一種熱電—斯特林集成式制冷機(jī)，其特征在于所說(shuō)的熱電制冷器可以用螺絲將其固定在冷板與熱板之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所說(shuō)的一種熱電—斯特林集成式制冷機(jī)，其特征在于所說(shuō)的熱電制冷器與冷板及導(dǎo)熱板間依導(dǎo)熱膠接合。
專利摘要一種熱電—斯特林集成式制冷機(jī)，它是一種整合熱電致冷器與斯特林制冷機(jī)成一種新型的集成式制冷機(jī)。其工作原理是將熱電制冷器連接在斯特林制冷機(jī)冷頭的下方，共同將冷頭上方的熱排除到制冷系統(tǒng)外，藉以降低冷頭的溫度，提升制冷機(jī)的制冷效率。本實(shí)用新型的優(yōu)越性在于此制冷機(jī)有極高的制冷效率；不僅可節(jié)約能源，且具有體積小、重量輕等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)F25B21/02GK2670850SQ20032012903
公開(kāi)日2005年1月12日 申請(qǐng)日期2003年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月25日
發(fā)明者陳國(guó)鋕 申請(qǐng)人:海泰超導(dǎo)通訊科技(天津)有限公司