[发明专利]一种集制冷制热及温差发电功能的温差半导体模块

说明书

一、技术领域

本发明是一种基于双液体循环导热的温差半导体集制热制冷及温差发电等功能于一体的模块，涉及半导体制冷制热及温差发电领域。

二、背景技术

温差半导体是一种利用半导体材料的Petier效应和Seebeck效应，通过对P.N型半导体材料两端通直流电来吸热放热或者在P.N型半导体材料两端提供温差来发电的技术而制成的一种半导体器件。该半导体器件由于有重量轻、体积小、无噪声、无污染以及启动快，能精确控温和利用各种热源来发电等特点而被广泛的应用于各个领域。

目前温差半导体采用的导热技术主要是空气导热和液体循环导热两种。空气导热是通过在温差半导体的制热面安装庞大的采用紫铜、铝等导热较好的材料制成的各种散热器和风扇通过散热器和空气接触的方法来导热，这种方法体积大，质量大，导热效果差，成本高。另外现有温差半导体的液体循环导热装置主要是在温差半导体制热面安装一个内部有循环液体容器热传导器，通过热传导器的壁和内部的液体循环来传热，这种方法只是对温差半导体的单个工作面进行液体循环热传导，导致了对需要利用的冷能或热能传递效果差。制冷或制热时，冷量或热量无法有效的传导到欲控温物体。而且这种方法对于欲冷却或加热的物体有着形状和体积上的约束。

现有的温差半导体液体循环设计都没有考虑到装置的耐压能力。无法承受大功率液泵产生的巨大液压。更无法在潜水设备、海底设备等高压环境下安全运行。

另外目前市面上的温差半导体的应用产品功能单一，旧有的半导体制冷制热设备，只能用来制冷或制热，其结构无法再应用于温差发电装置中，而用于温差发电的设计又无法应用于制冷制热，当调换功能进行使用时，就不可运行或者效率不彰。

现有的温差发电装置可用的能源形式单一，通常只是针对某一形式的热源而设计，当更换热源形式时，就不可运行或效率不彰。

现有的温差半导体应用装置的安装设计是采用粘贴法、机械固定法、焊接固定法。其中粘贴法和焊接法属于一次性安装，无法拆卸与维修，再加上整个导热装置的受力都集中在脆弱的制冷片上，导致整套装置的强度很低，温差半导体元件很容易受到外力的作用而损坏。其中焊接法的制作工艺和成本都很高，良品率低，不合适大规模生产。而现有的机械固定法大都直接使用金属螺丝固定，温差半导体会因为螺丝的导热性而造成热短路，使得系统效率大大下降，而且安装的固定力度不易调节，制冷片很可能因为螺丝拧的过紧而被压碎。总的来说现有各种固定方式的可靠性都很不理想。

三、发明内容

根据上述情况，本发明提供一种基于温差半导体的高效的即可制冷制热，又可用于温差发电的多功能模块。该模块制造结构简单、安装简易、全机械固定、体积小、重量轻、成本低、通用性强。在制冷制热的工况下，对欲冷却或加热的物体没有形状或体积上的约束，控温灵活准确。在用于温差发电的工况下，热源的形式无限制，可以直接或间接的利用太阳能、地热能、燃烧能、废热等热源。该装置使用价值高，有利于产业化。

为达到上述目的，本发明提供了一种对温差半导体冷热两个端面同时进行液体循环热传导的装置，该设计能使所使用的半导体热电偶的制冷或温差发电能力接近于其理论值。

上述多功能模块由至少一个温差半导体组件，和至少两个导热盒、固定板、隔热层、液体循环动力系统及热交换装置组成。

所述导热盒，包括一开口腔室、一进水口和出水口、一密封盖、一密封圈、若干螺丝及匹配的螺母。

所述出水口进水口有内螺纹。用于安装各种规格的水管接头，所述密封盖固连在腔室的开口面上，正好使腔室关闭。

所述密封盖上有一法兰，用于放置密封圈，该法兰上有若干个与导热盒对应的固定螺孔。

所述开口腔室周围有一法兰，该法兰与开口腔室连为一体，有较高的刚性。法兰上有若干通孔与盲孔。通孔用于安装密封固定螺丝，盲孔用于安装固定侧板。

上述导热盒开口腔室内有一蛇形水槽，槽内有若干分流翅片，进水口与出水口是通过蛇形水槽连通的。

上述导热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积和水流在底部的湍流，减小层流底层的厚度，使得导热液能与导热盒的底部充分的接触。有效地增强了导热盒管道的导热能力。

上述导热盒的金属底面与温差半导体组件的冷端或热端平行接触，该金属平滑面与温差半导体冷热端间均附有一层介质，该介质可为导热硅脂或其他高导热率的胶状物。其作用在于增强导热盒与温差半导体的接触效果，减小因接触不良引起的有害温差。

上述导热盒与密封盖的金属部分为铝或铜。