[发明专利]一种换热器组件、热水器、空调及温差发电装置

说明书

本发明提供一种换热器组件、热水器、空调及温差发电装置。换热器组件包括第一换热器、第二换热器、多个翅片与多个半导体元件；所述第一换热器与所述第二换热器分别通过的存在温差且流动方向相逆的两股流体；其中，一所述半导体元件的第一端的电臂与第二端的电臂均与直流供电装置连接，以实现所述半导体元件的第一端面与第二端面之间的热量传递；或者，一所述半导体元件的第一端的电臂与另一所述半导体元件的第二端的电臂分别与电器负荷连接，以实现不同的所述半导体元件之间的温差发电。本发明提供的换热器组件能够高效率制冷和制热，还能够实现温差来发电，可广泛用于空调、冰箱冰柜、烘干、采暖、分布式发电、余热利用等领域。

技术领域

本发明涉及半导体热电技术领域，尤其涉及一种换热器组件、热水器、空调及温差发电装置。

背景技术

随着经济的发展，矿物化石能耗剧增，不仅会导致能源资源濒临危机，而且过度依赖矿物化石能源将导致全球温室效应，冰川融化海平面上升，因此，节能减排显得尤为重要，想要降低能耗，实现可持续发展，研究和开发新型的环境友好型技术就成为不可或缺的需求。早在20世纪50年代半导体制冷就已经出现了，由于它结构简单、通电制冷迅速，受到家电厂家的青睐。

但是，由于当时局限于材料元件性能的不足而没有普遍使用。近年来，科学技术迅猛发展，半导体制冷器件的各个技术难题逐步攻破，半导体制冷制热及温差发电材料有所突破，并使之优值系数大幅提高，使半导体制冷的优势重新显现出来，现已广泛应用于军事、航空航天、农业、工业等诸多领域。

据相关文献资料显示，半导体制冷技术的理论研究已基本成熟。随着半导体物理学的发展，前苏联科学院半导体研究所约飞院士发现掺杂的半导体材料，有良好的发电和制冷性。引发了学者们对热电现象的高度重视，由此开启了半导体材料的新篇章，许多国家的相关科技工作者为此倾力不少，并致力于寻找新的半导体材料替代方案，包括制配工艺相关技术。2001年，Venkatasubramanian等人制成了目前世界最高水平的半导体材料系数2.4。宜向春、王维扬等人又对影响半导体材料优值系数的因素进行了非常详细的分析。分析研究出半导体材料的优值系数除了与电极材料有关外，还与电极的截面和长度有关，不同电阻率和导热率的电极应有不同的几何尺寸与之对应，只有符合最优尺寸才能获得最大优值系数的半导体制冷器件。半导体制冷的核心部件是热电偶堆，目前热电偶堆的半导体制冷材料热电转换效率不高，是当前半导体制冷空调器效率较低的最主要原因，也就是帕尔帖系数较低的缘故，当然帕尔帖逆向的塞贝克效应所体现的温差发电效率也不高，当前所应用的相关半导体材料在50℃温差情况下其发电效率一般在3％～8％，其使用价值不是很大，只适合某个特定领域里应用。因此决定热电材料性能优劣的优值系数Z尤为重要。若要半导体制冷效率达到机械制冷效率水平还有一段距离。

热电材料塞贝克效应和帕尔帖效应发现距今已有100余年的历史，无数的科学家已对其进行了深入而富有成效的研究和探索，取得了辉煌的成果。随着研究的不断深入，相信热电材料的性能将会进一步提高，必将成为我国新材料研究领域的一个新的热点。在今后的热电材料研究工作中，研究重点应集中在以下几个方面:

(1)利用传统半导体能带理论和现代量子理论，对具有不同晶体结构的材料进行塞贝克系数、电导率和热导率的计算，以求在更大范围内寻找热电优值ZT更高的新型热电材料。

(2)从理论和实验上研究材料的显微结构、制备工艺等对其热电性能的影响，特别是对超晶格热电材料、纳米热电材料和热电材料薄膜的研究，以进一步提高材料的热电性能。

(3)对己发现的高性能材料进行理论和实验研究，使其达到稳定的高热电性能。

(4)加强器件的制备工艺研究，以实现热电材料的产业化。