[發明專利]大功率IGBT器件電能回收散熱裝置

在審

• 申請號: 201710268378.3
• 申請日: 2017-04-22
• 公開（公告）號: CN106972783A
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發明（設計）人: 謝帆;唐國慶;熊能;鐘丹婷;張波
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H02N11/00
• 分類號: H02N11/00;H01L23/38;H01L23/40
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發明涉及半導體溫差發電領域，具體涉及一種利用大功率IGBT器件散發熱量進行溫差發電回收散熱的裝置。

背景技術

隨著電力電子技術的發展，IGBT器件已廣泛應用于中、大功率場合。例如在直流輸電系統的換流站中，常采用IGBT作為換流閥，來實現交直流的轉換。然而，IGBT由于在工作過程中存在導通損耗和開關損耗，導致IGBT的發熱量比較大，如果不能順利散熱，就將使得器件溫升過高、導致模塊失效。若能將IGBT產生的大量熱量用于發電，那么不僅能使散熱過程順利進行，而且可以使工業廢熱得到利用、提高能源的利用率、節約自然資源。因此研究利用大功率IGBT器件的熱量來發電具有很現實的意義。

溫差發電技術是一種基于半導體材料的塞貝克效應，直接將熱能轉化為電能的技術。溫差發電技術具有無震動、無噪聲、無污染、結構緊湊、可靠性高、使用壽命長等優點，隨著時代發展，在能源緊缺問題日益突出的環境下，溫差發電技術得到許多國家的重視。但是在實際使用中溫差發電技術的效率并不高，限制其效率提高的原因主要有熱量傳導不充分、傳熱過程中熱量損耗太大等等。這些不足會成為制約溫差發電技術得到廣泛應用的瓶頸。

發明內容

本發明的目的是為解決上述IGBT發出廢熱導致的能源浪費問題和克服溫差發電效率不高的缺點，提供一種基于半導體熱電模塊在大功率IGBT器件上實現的新型電能回收利用裝置。

本發明的目的通過如下技術方案實現。

大功率IGBT器件電能回收散熱裝置，其包括大功率IGBT器件、散熱片、半導體熱電模塊、穩壓電路、蓄電池和水冷管道，所述散熱片安裝在大功率IGBT器件上，散熱片的翅片與半導體熱電模塊的溫差發電片固定在一起，半導體熱電模塊利用溫差發電原理實現熱電轉換，半導體熱電模塊的電壓輸出端和穩壓電路輸入端連接，將若干半導體熱電模塊后的穩壓電路輸出端串、并聯，再連接蓄電池或其他用電設備。

進一步地，所述散熱片包括一個底座和若干翅片，翅片間距根據溫差發電片的厚度及水冷管道的寬度設計，既能有效散熱，又實現最大效率實現熱電轉換。

進一步地，所述散熱片包括一個底座和若干翅片，翅片間距根據溫差發電片的厚度及水冷管道的寬度所述半導體熱電模塊由若干塊溫差發電片構成，溫差發電片的熱面直接貼附在翅片上，每個翅片的兩側均有溫差發電片貼附。

進一步地，所述散熱片包括一個底座和若干翅片，翅片間距根據溫差發電片的厚度及水冷管道的寬度所述水冷管道由進水管道、矩形貼附管道、出水管道構成，該水冷管道的矩形貼附管道采用垂直蛇形環繞方式緊貼每片溫差發電片的冷面，使冷面與熱面足夠的溫度差。

進一步地，所述散熱片包括一個底座和若干翅片，翅片間距根據溫差發電片的厚度及水冷管道的寬度所述半導體熱電模塊中的溫差發電片通過卡扣固定于散熱片的翅片上，卡扣具有良好的隔熱性能，并且可以拆卸，以便于更換半導體熱電模塊中的溫差發電片。

本發明所述大功率IGBT器件電能回收散熱裝置直接將半導體熱電模塊的溫差發電片覆蓋于散熱片的翅片兩側表面，通過直接利用IGBT散發的廢熱發電，實現能源回收利用的目的。

與現有技術相比，本發明具有如下優點和有益效果：

1.本發明的大功率IGBT器件電能回收散熱裝置，安裝于換流站整流、逆變電路的開關器件上，達到IGBT降溫和廢熱利用的目的，實現能源有效利用。

2.本發明的大功率IGBT器件電能回收散熱裝置，包括大功率IGBT器件、散熱片、半導體熱電模塊、穩壓電路、蓄電池和水冷管道，具有較高的發電穩定性和可靠性。

3.本發明的大功率IGBT器件電能回收散熱裝置，其半導體熱電模塊中的溫差發電片通過卡扣固定于散熱片的翅片上，卡扣可以拆卸，有利于隨時對溫差發電片進行檢查更換。

附圖說明

圖1為實例中大功率IGBT器件電能回收散熱裝置的原理框圖。

圖2為本發明實例中裝置結構示意圖（用單個翅片上的結構舉例）。

圖3為本發明實例中裝置單個翅片上半導體熱電模塊與水冷管道局部示意圖。

具體實施方式

為了使本發明更加清楚明白，以下將結合附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述。應當理解，優選實施例僅為了說明本發明，而不是為了限制本發明的保護范圍。