[發明專利]一種熱傳遞方向控制裝置及控制方法

在審

• 申請號: 201811328122.8
• 申請日: 2018-11-08
• 公開（公告）號: CN109405344A
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發明（設計）人: 曾立民;況彩菱
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: F25B21/02
• 分類號: F25B21/02
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理有限公司 11360
• 代理人: 黃鳳茹

本發明公布了一種熱傳遞方向控制裝置及方法，包括半導體制熱制冷組件、冷源、VOCs吸附解吸管。半導體制熱制冷組件包括PN半導體層、熱片、冷片、導熱片、密封材料。PN半導體層包括P型半導體、N型半導體和導流體。冷源、半導體制熱制冷組件和VOCs吸附解吸管緊靠在一起。在VOCs超低溫冷凍捕集時，半導體制熱制冷組件不接入電流，冷源的溫度通過半導體制熱制冷組件傳導到VOCs吸附解吸管。在熱解吸時，VOCs吸附解吸管和半導體制熱制冷組件都接入電源工作，VOCs吸附解吸管和冷源的溫度互相不影響。本發明實現對VOCs在線監測系統中的冷阱和熱解吸裝置之間的熱傳遞方向的有效控制，從而減少能源浪費，提高解析組件的溫度均勻性。

技術領域

本發明屬于環境監測、制冷制熱控制技術領域，涉及熱傳遞控制技術，尤其涉及一種采用半導體組件的熱傳遞方向控制裝置及控制方法。

背景技術

半導體制冷技術是基于帕帖爾效應，N型半導體單元和P型半導體單元交替排列，定向通入直流電會將半導體節內的熱量持續地向一個方向主動富集，達到同時制熱制冷的目的。

在大氣揮發性有機物(VOCs)在線監測系統中，采用能夠致冷達到-150℃以下的超低溫冷阱作為超低溫捕集的致冷源。大氣中VOCs被超低溫冷凍捕集，需要加熱解吸出來才能進行分析，為使目標化合物完全迅速進入分析系統，必須將VOCs捕集腔體的溫度迅速從-150℃升至100℃，使得捕集腔內化合物迅速氣化，快速升溫過程需要在1-2秒內完成，因此有必要將加熱解吸裝置與低溫冷阱緊貼在一起，增加熱效率進行原位加熱，但由于加熱相對溫度高，產生的熱量大，會給超低溫冷阱帶來較大的工作負荷，使超低溫冷阱難以保持良好的運行狀態，影響超低溫冷阱溫度的穩定性和均勻性，在規定時間難以達到要求的溫度，同時超低溫冷阱也會給加熱裝置帶來較大負荷，造成較大能源浪費。

因此有必要提供一種熱傳遞方向控制技術，控制冷阱和熱解吸裝置之間的熱傳遞方向。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的是提供一種熱傳遞方向控制裝置及控制方法，可用于控制VOCs在線監測系統中的冷阱和熱解吸裝置之間的熱傳遞方向，減少能源浪費，提高解析組件的熱傳遞效率和溫度均勻性。

本發明的技術方案是：

一種熱傳遞方向控制裝置，主要包括半導體制熱制冷組件、冷源、VOCs吸附解吸管。半導體制熱制冷組件包括PN半導體層、熱片、冷片、導熱片、密封材料(如硅膠)。PN半導體層包括P型半導體、N型半導體和導流體。熱片、冷片和導熱片均由導熱良好但不導電的特殊材料(如陶瓷)制成。

所述PN半導體層中P型半導體和N型半導體交替排列，由導流體連接兩個P型半導體和N型半導體，使得一側電流均由P型半導體流向N型半導體，另一側電流均由N型半導體流向P型半導體。所述半導體制熱制冷組件包括多個PN半導體層、多個熱片、多個冷片、多個導熱片，所需溫差越大，采用的片數越多；多個PN半導體層之間由導熱片分隔開，多個PN半導體層的兩端分別被冷片和熱片緊密貼合。所述PN半導體層最外側(兩端)，電流由P型半導體流向N型半導體的一側為熱片，電流由N型半導體流向P型半導體的一側為冷片。用耐高溫材料(密封材料)將各個PN半導體層與冷片、熱片、導熱片之間密封，即最外圈接觸空氣的地方密封。多個PN半導體層為并聯關系。PN半導體層數量由所需溫差決定，具體實施時，4層可使溫差達到110度，6層溫差可達140度。

所述冷源、半導體制熱制冷組件和VOCs吸附解吸管緊靠在一起，半導體制熱制冷組件靠近冷源的一側為冷片，半導體制熱制冷組件靠近VOCs吸附解吸管的一側為熱片，冷源持續工作。