[发明专利]交叉风道半导体热电制冷空调器

说明书

(一)技术领域

本发明涉及半导体热电制冷与空调技术领域。

(二)背景技术

过去二十年间半导体热电(电子)制冷材料及其器件的研究始终没有取得突破性进展，要想制造出性能优良的半导体热电制冷组件，其热电材料必须具有较高的优值系数zT。目前世界上具有最高优值系数zT的半导体热电制冷材料是Bi2合金。然而最近，在半导体热电制冷领域，世界上出现了对两种新型半导体热电制冷材料及其器件的研究热潮，并取得一定进展。这两种新型半导体热电制冷材料及器件分别为：半导体量子阱超晶格薄膜材料及其器件，及方钴矿类高温半导体热电制冷材料及其器件。

用半导体量子阱超晶格结构获得较高优值系数zT的设想是美国Massachusetts理工学院的L.D.Hievs等于1993年首先提出，他们在理论上对比计算了以单带材料和双带材料分别形成半导体二维量子阱超晶格结构后，对优值系数zT所产生的影响。所谓单带材料是指具有一种载流子(电子或空穴)的半导体热电材料，目前具有最高优值系数zT的半导体热电材料都是单带材料。双带材料如半金属等原本不是理想的半导体热电材料，然而用其形成二维量子阱超晶格结构之后，可以有效分离双带，将其转变为有效的单载流子材料。他们的理论对比计算表明：其二维量子阱超晶格结构的优值系数zT比单带材料的有显著提高，在300K时优值系数zT可达3.0以上，为传统半导体热电材料Bi2合金的3倍。这一理论结果的发表引起科研工作者的研究兴趣，因为如果实验验证优值系数zT能够达到此值，半导体热电制冷技术就可望与机械制冷技术相抗衡。目前开展量子阱超晶格结构的半导体热电制冷材料及其器件研究的国家有美国、日本、乌克兰、德国等，其中以美国和日本的研究力量最为强大。

在制冷与空调技术领域中，半导体热电制冷空调器由于无需制冷剂和压缩机，因此更加符合环保要求，而且对制造工艺的要求更低。

现有半导体热电制冷空调器的主要结构为：设有半导体热电制冷组件和用来将半导体热电制冷组件的制冷量或制热量散向需要制冷或制热空气的热交换器，该空气热交换器设有传热板，在传热板的一侧板面上固定有若干翅片，空气热交换器传热板的另一侧与该半导体热电制冷组件的一侧表面贴靠在一起，该半导体热电制冷组件另一侧表面贴靠有一用来将半导体热电制冷组件所散发的热量或冷量带走的传热水箱，该半导体热电制冷组件被紧固在空气热交换器与传热水箱之间；所述的空气热交换器和传热水箱在各自贴靠半导体热电制冷组件的那一面上分别形成有一层三氧化二铝层；所述空气热交换器的传热板设有供站立在热电制冷空调器外壳体内的底部的站立面，所述翅片是固定在该传热板上邻接该站立面的一侧板面上，所述站立面为与热电制冷空调器底部平行的平面，且这些翅片的自由端均朝向该站立面的方向向下倾斜(这种结构设计可参见中国ZL200710084876.9号发明专利)。

然而该发明专利设有传热水箱的缺点如下：

1、半导体热电制冷组件的散热量需要通过传热水箱、循环泵、管路、冷却塔、冷却风机等多个环节才能最终传递给环境中的空气，从而造成好几度的传热温差损失，使得半导体热电制冷组件的两侧温差必须进一步加大，因此降低了半导体热电制冷组件的优值系数zT；

2、循环水泵和冷却风机的动力耗电也使系统的能效比进一步降低；

3、现有技术中的传热水箱无论采用铜制或铝制，均制造复杂、成本高昂、接头众多；此外空调器须带众多水箱运行，就极大地增加了设备重量；

4、传热水箱必须严格密封，否则循环水一旦泄漏，就会破坏半导体热电制冷组件的电绝缘性，甚至发生短路危险；

5、各房间中设置的热电制冷空调器均无法独立运行，必须通过循环水泵、管路系统、冷却塔等进行联合运行，其类似中央空调的工程化安装、调试、维护均十分复杂。

在目前传统的制冷与空调技术中，蒸汽压缩式制冷的应用最为普及，市场上的分体式空调器、中央空调冷水机组、冷库、冰箱等均以氟利昂为制冷剂，它包括压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀等，这种制冷方法存在以下问题：