[發(fā)明專利]一種集制冷制熱及溫差發(fā)電功能的溫差半導(dǎo)體模塊

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710027093.7
• 申請日: 2007-03-12
• 公開（公告）號: CN101267014A
• 公開（公告）日: 2008-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林世明;姜少華;林曉純;鄒其志;陳耿平;陳宇成
• 申請（專利權(quán)）人: 五邑大學(xué)
• 主分類號: H01L35/30
• 分類號: H01L35/30;H01L35/02;H01L23/473;H01L23/40
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一、技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是一種基于雙液體循環(huán)導(dǎo)熱的溫差半導(dǎo)體集制熱制冷及溫差發(fā)電等功能于一體的模塊，涉及半導(dǎo)體制冷制熱及溫差發(fā)電領(lǐng)域。

二、背景技術(shù)

溫差半導(dǎo)體是一種利用半導(dǎo)體材料的Petier效應(yīng)和Seebeck效應(yīng)，通過對P.N型半導(dǎo)體材料兩端通直流電來吸熱放熱或者在P.N型半導(dǎo)體材料兩端提供溫差來發(fā)電的技術(shù)而制成的一種半導(dǎo)體器件。該半導(dǎo)體器件由于有重量輕、體積小、無噪聲、無污染以及啟動快，能精確控溫和利用各種熱源來發(fā)電等特點而被廣泛的應(yīng)用于各個領(lǐng)域。

目前溫差半導(dǎo)體采用的導(dǎo)熱技術(shù)主要是空氣導(dǎo)熱和液體循環(huán)導(dǎo)熱兩種。空氣導(dǎo)熱是通過在溫差半導(dǎo)體的制熱面安裝龐大的采用紫銅、鋁等導(dǎo)熱較好的材料制成的各種散熱器和風(fēng)扇通過散熱器和空氣接觸的方法來導(dǎo)熱，這種方法體積大，質(zhì)量大，導(dǎo)熱效果差，成本高。另外現(xiàn)有溫差半導(dǎo)體的液體循環(huán)導(dǎo)熱裝置主要是在溫差半導(dǎo)體制熱面安裝一個內(nèi)部有循環(huán)液體容器熱傳導(dǎo)器，通過熱傳導(dǎo)器的壁和內(nèi)部的液體循環(huán)來傳熱，這種方法只是對溫差半導(dǎo)體的單個工作面進行液體循環(huán)熱傳導(dǎo)，導(dǎo)致了對需要利用的冷能或熱能傳遞效果差。制冷或制熱時，冷量或熱量無法有效的傳導(dǎo)到欲控溫物體。而且這種方法對于欲冷卻或加熱的物體有著形狀和體積上的約束。

現(xiàn)有的溫差半導(dǎo)體液體循環(huán)設(shè)計都沒有考慮到裝置的耐壓能力。無法承受大功率液泵產(chǎn)生的巨大液壓。更無法在潛水設(shè)備、海底設(shè)備等高壓環(huán)境下安全運行。

另外目前市面上的溫差半導(dǎo)體的應(yīng)用產(chǎn)品功能單一，舊有的半導(dǎo)體制冷制熱設(shè)備，只能用來制冷或制熱，其結(jié)構(gòu)無法再應(yīng)用于溫差發(fā)電裝置中，而用于溫差發(fā)電的設(shè)計又無法應(yīng)用于制冷制熱，當(dāng)調(diào)換功能進行使用時，就不可運行或者效率不彰。

現(xiàn)有的溫差發(fā)電裝置可用的能源形式單一，通常只是針對某一形式的熱源而設(shè)計，當(dāng)更換熱源形式時，就不可運行或效率不彰。

現(xiàn)有的溫差半導(dǎo)體應(yīng)用裝置的安裝設(shè)計是采用粘貼法、機械固定法、焊接固定法。其中粘貼法和焊接法屬于一次性安裝，無法拆卸與維修，再加上整個導(dǎo)熱裝置的受力都集中在脆弱的制冷片上，導(dǎo)致整套裝置的強度很低，溫差半導(dǎo)體元件很容易受到外力的作用而損壞。其中焊接法的制作工藝和成本都很高，良品率低，不合適大規(guī)模生產(chǎn)。而現(xiàn)有的機械固定法大都直接使用金屬螺絲固定，溫差半導(dǎo)體會因為螺絲的導(dǎo)熱性而造成熱短路，使得系統(tǒng)效率大大下降，而且安裝的固定力度不易調(diào)節(jié)，制冷片很可能因為螺絲擰的過緊而被壓碎。總的來說現(xiàn)有各種固定方式的可靠性都很不理想。

三、發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)上述情況，本發(fā)明提供一種基于溫差半導(dǎo)體的高效的即可制冷制熱，又可用于溫差發(fā)電的多功能模塊。該模塊制造結(jié)構(gòu)簡單、安裝簡易、全機械固定、體積小、重量輕、成本低、通用性強。在制冷制熱的工況下，對欲冷卻或加熱的物體沒有形狀或體積上的約束，控溫靈活準確。在用于溫差發(fā)電的工況下，熱源的形式無限制，可以直接或間接的利用太陽能、地?zé)崮堋⑷紵堋U熱等熱源。該裝置使用價值高，有利于產(chǎn)業(yè)化。

為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種對溫差半導(dǎo)體冷熱兩個端面同時進行液體循環(huán)熱傳導(dǎo)的裝置，該設(shè)計能使所使用的半導(dǎo)體熱電偶的制冷或溫差發(fā)電能力接近于其理論值。

上述多功能模塊由至少一個溫差半導(dǎo)體組件，和至少兩個導(dǎo)熱盒、固定板、隔熱層、液體循環(huán)動力系統(tǒng)及熱交換裝置組成。

所述導(dǎo)熱盒，包括一開口腔室、一進水口和出水口、一密封蓋、一密封圈、若干螺絲及匹配的螺母。

所述出水口進水口有內(nèi)螺紋。用于安裝各種規(guī)格的水管接頭，所述密封蓋固連在腔室的開口面上，正好使腔室關(guān)閉。

所述密封蓋上有一法蘭，用于放置密封圈，該法蘭上有若干個與導(dǎo)熱盒對應(yīng)的固定螺孔。

所述開口腔室周圍有一法蘭，該法蘭與開口腔室連為一體，有較高的剛性。法蘭上有若干通孔與盲孔。通孔用于安裝密封固定螺絲，盲孔用于安裝固定側(cè)板。

上述導(dǎo)熱盒開口腔室內(nèi)有一蛇形水槽，槽內(nèi)有若干分流翅片，進水口與出水口是通過蛇形水槽連通的。

上述導(dǎo)熱盒管道的底部具有一定的粗糙度，其作用在于增大底部的表面積和水流在底部的湍流，減小層流底層的厚度，使得導(dǎo)熱液能與導(dǎo)熱盒的底部充分的接觸。有效地增強了導(dǎo)熱盒管道的導(dǎo)熱能力。

上述導(dǎo)熱盒的金屬底面與溫差半導(dǎo)體組件的冷端或熱端平行接觸，該金屬平滑面與溫差半導(dǎo)體冷熱端間均附有一層介質(zhì)，該介質(zhì)可為導(dǎo)熱硅脂或其他高導(dǎo)熱率的膠狀物。其作用在于增強導(dǎo)熱盒與溫差半導(dǎo)體的接觸效果，減小因接觸不良引起的有害溫差。

上述導(dǎo)熱盒與密封蓋的金屬部分為鋁或銅。