一种套管式半导体组件、空调及温差发电装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种套管式半导体组件、空调及温差发电装置。套管式半导体组件包括第一导热管、第二导热管、外套管及多个半导体单元；半导体单元包括N型半导体、P型半导体与第一导电件，第一导电件连接N型半导体与P型半导体；间隔设置的所述N型半导体与所述P型半导体通过第二导电件连接；第一导热管内以及外套管内，分别通过存在温差且流动方向相逆的两股流体；第一导电臂与第二导电臂分别与N型半导体与P型半导体连接后，均与直流供电装置连接；或者，第一导电臂与第二导电臂均与电器负荷连接。本发明专利技术提供的套管式半导体组件结构紧凑，换热效率更高，可广泛应用于制冷空调及采暖空调，冰箱、冷库、温差发电、余热利用等许多领域。

The utility model relates to a sleeve type semiconductor component, an air conditioner and a thermoelectric power generation device

【技术实现步骤摘要】
一种套管式半导体组件、空调及温差发电装置
本专利技术涉及半导体热电
，尤其涉及一种套管式半导体组件、空调及温差发电装置。
技术介绍
随着半导体材料的发展，1960年出现了半导体制冷器，它是由半导体所构成的一种冷却装置。半导体制冷器对材料的要求比较高，要同时具备N型和P型两种半导体特性，还要根据需要掺入杂质来改变半导体的温差电动势率、导电率和导热率，从而使这种特殊半导体能作为制冷的材料。目前，在中国可以见到的半导体常用材料是以碲化铋为基体的三元固溶体合金。在碲化铋中混合不纯物之后经过一系列的特殊处理制成N型或P型半导体温度差原件，其中Bi2Te3―Sb2Te3的是P型，Bi2Te3―Bi2Se3的是N型。半导体制冷器中有许许多多的P型和N型颗粒，它们之间相互紧密排列，并且与普通的导体，比如铜、铝等金属导体相连接，形成通路，接着在外面夹上两片陶瓷片，将其包裹起来，对陶瓷片也有一定的要求，首先是绝缘性好，其次是导热性好。另外，半导体制冷元件具有其他材料制成的制冷片所不具有的一些优势：(1)环保无污染，不破坏生态，不产生有毒有害物质。(2)半导体制冷器件功率低，量小质轻，适合人们对微型化的需求。(3)不受失重、超重影响。(4)只要变换电源极性，就能切换制冷与制热模式。(5)无压缩机，有效解决由于泵振动带来的噪声影响。因为这些优势，半导体制冷技术在低温生物学、超导技术、低温外科学、低温电子学、通讯技术、红外技术、激光技术、以及空间技术等领域具有广泛的应用前景。半导体制冷技术是在半导体制冷技术的基础上发展起来的一项新型制冷技术，其理论基础是热电制冷原理。由于其无需制冷剂，无噪音，无污染等优势，加上常规能源短缺和太阳能源的开发利用优势，使得太阳能半导体制冷技术受到越来越多的相关学者关注，并取得很大程度的突破。中国是一个能耗大国，如何能降低能耗，实现可持续发展，研究和开发具有环境友好型的技术就成为一种必然。半导体制冷作为一种新兴发展起来的制冷技术，是一种具有良好前景的制冷方式。由于半导体制冷具有清洁、即没有噪音污染，又没有有害物质排放，寿命长、坚固、可靠性高，稳定性好等一系列优点，符合绿色环保要求，对国民经济的可持续发展具有很重要的战略意义。目前，我国的半导体制冷领域正处于快速发展的阶段，应继续加强对该领域的研究，我国企业也应加大创新力度，完善优化系统结构，以实现半导体制冷的普遍应用。半导体制冷由于应用范围很广泛，除主要用于制冷、通风及温度控制的系统外，其他领域的涉及也很多。因此，我们可以通过VEN数据库及CNABS数据库查到许多相关的半导体制冷、制热及温差发电的专利，其中VEN中的文献11666篇，CNABS中的文献5214篇。从1970年起半导体制冷的专利申请逐年相对稳定增长，我国应用半导体制冷的第一件专利申请出现在1987年。世界范围内在1970年～1988年这段时间申请量较少，1988年以后，申请量开始逐年稳定增长。近两年的时间里，随着半导体制冷材料的不断改进，半导体制冷技术正处于一个快速发展的时期，并且由于半导体制冷技术存在着一些缺点和不足，还有很大发展的空间，需要改进与完善的地方还有许多，半导体制冷领域的专利申请大部分都在中国，可见我国对于该领域给予了很高的重视。半导体温差发电也是许多科技工作者研究对象，我们可以把做饭炊事温差，烧天然气、石油液化气、煤炭、沼气等等产生高温，还可以把空调、暖气温差，地下与地表温差，庭院井水、溪水与地表的温差，还可以把太阳能温差以及冬季冰雪与室内、地下的温差，等等都可以利用起来实现温差发电，以满足方便获得较经济的可持续的有足够的能量的电量要求。实验表明，对目前通常的半导体温差发电模块每提供摄氏1度的温差可相应产生约0.03V电压，可见温差小就没有实际利用价值，但随着半导体优值系数不断提高其应用前景不断看涨。半导体制冷片是由半导体所组成的一种冷却装置，于1960年左右才出现，其理论基础Peltiereffect可追溯到19世纪。这现象最早是在1821年就由一位德国科学家ThomasSeeback首先发现，不过他当时做了错误的推论，并没有领悟到背后真正的科学机理。到了1834年被一位法国表匠(同时也是兼职研究这现象的物理学家JeanPeltier)发现其背后真正的原理，这个现象直到近代随著半导体材料的进步才有了实际的应用。半导体制冷晶片是由许多N型半导体和P型半导体之颗粒互相排列而成，而N型与P型之间用金属导体相连接而成一完整线路，通常是铜、铝或其他金属导体，最后由两片陶瓷片像夹心饼干一样夹起来，陶瓷片必须绝缘且有良好的导热性能。不仅需要N型和P型半导体特性，还要根据需求掺入的杂质来改变半导体的温差电动势率，导电率和导热率使这种特殊半导体能满足制冷的要求。目前国内常用材料是以碲化铋为基体的三元固溶体合金，其中P型是Bi2Te3—Sb2Te3，N型是Bi2Te3—Bi2Se3，采用垂直区熔法提取晶体材料。在原理上，半导体制冷片是一个热传递的工具，实际上就是分子热泵，也可以说是原子热泵。当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成的热电偶对中有电流通过时，两端之间就会产生热量转移，热量就会从一端转移到另一端，从而产生温差形成冷热端。但是半导体自身存在电阻当电流经过半导体时就会产生热量，从而会影响热传递。而且两个极板之间的热量也会通过空气和半导体材料自身进行逆向热传递。当冷热端达到一定温差，这两种热传递的量相等时，就会达到一个平衡点，正逆向热传递相互抵消。此时冷热端的温度就不会继续发生变化。为了达到更低的温度，可以采取散热等方式降低热端的温度或把冷端的冷量带走来实现。风扇以及散热片的作用主要是为制冷片的热端散热。通常半导体制冷片冷热端的温差可以达到40～65度之间，如果通过主动散热的方式来降低热端温度，那冷端温度也会相应的下降，从而达到更低的温度。当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成电偶对时，在这个电路中接通直流电流后，就能产生能量的转移，电流由N型元件流向P型元件的接头时会吸收热量，成为冷端；由P型元件流向N型元件的接头释放热量，成为热端。吸热和放热的大小是通过电流的大小以及半导体材料N、P的元件对数来决定，以下三点是热电制冷的温差热电效应。塞贝克效应：一八二二年德国人塞贝克发现当两种不同的导体相连接时，如两个连接点保持不同的温差，则在导体中产生一个温差电动势：ES＝S.△T式中：ES为温差电动势S为温差电动势率(塞贝克系数)△T为接点之间的温差珀尔帖效应：一八三四年法国人珀尔帖发现了与塞贝克效应的相反的效应，即当电流流经两个不同导体形成的接点时，接点处会产生放热和吸热现象，放热或吸热大小由电流的大小来决定。Qл＝л.Iл＝aTc式中：Qπ为放热或吸热功率π为比例系数，称为珀尔帖系数I为工作电流a为温差电动势率Tc为冷接点温度汤姆逊效应：当电流流经存在温度梯度的导体时，除了由导体电阻产生的焦耳热之外，导体还要放出或吸收热量，在温差为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种套管式半导体组件，其特征在于，包括第一导热管、第二导热管、外套管及多个半导体单元，所述第一导热管套入所述第二导热管后，所述第二导热管套入所述外套管，所述半导体单元设于所述第一导热管与所述第二导热管之间，且各所述半导体单元围绕所述第一导热管设置，相邻的两个所述半导体单元相对间隔设置；/n所述半导体单元包括N型半导体、P型半导体与第一导电件，所述N型半导体与所述P型半导体相对间隔设置，所述第一导电件连接所述N型半导体与所述P型半导体；相邻的两个所述半导体单元之间，间隔设置的所述N型半导体与所述P型半导体通过一第二导电件连接；/n其中，所述第一导热管内以及所述第二导热管与所述外套管之间，分别通过存在温差且流动方向相逆的两股流体；/n一第一导电臂与一第二导电臂分别与所述N型半导体与所述P型半导体连接后，均与直流供电装置连接，以实现所述半导体单元在第一导热管与第二导热管之间传递热量；/n或者，一第一导电臂与一第二导电臂分别与所述N型半导体与所述P型半导体连接后，均与电器负荷连接，以实现不同的所述半导体单元之间的温差发电。/n

【技术特征摘要】
1.一种套管式半导体组件，其特征在于，包括第一导热管、第二导热管、外套管及多个半导体单元，所述第一导热管套入所述第二导热管后，所述第二导热管套入所述外套管，所述半导体单元设于所述第一导热管与所述第二导热管之间，且各所述半导体单元围绕所述第一导热管设置，相邻的两个所述半导体单元相对间隔设置；
所述半导体单元包括N型半导体、P型半导体与第一导电件，所述N型半导体与所述P型半导体相对间隔设置，所述第一导电件连接所述N型半导体与所述P型半导体；相邻的两个所述半导体单元之间，间隔设置的所述N型半导体与所述P型半导体通过一第二导电件连接；
其中，所述第一导热管内以及所述第二导热管与所述外套管之间，分别通过存在温差且流动方向相逆的两股流体；
一第一导电臂与一第二导电臂分别与所述N型半导体与所述P型半导体连接后，均与直流供电装置连接，以实现所述半导体单元在第一导热管与第二导热管之间传递热量；
或者，一第一导电臂与一第二导电臂分别与所述N型半导体与所述P型半导体连接后，均与电器负荷连接，以实现不同的所述半导体单元之间的温差发电。


2.如权利要求1所述的套管式半导体组件，其特征在于，所述第一导电臂与所述第二导电臂分别与邻近所述第二导热管的两端的所述N型半导体与所述P型半导体连接。


3.如权利要求1所述的套管式半导体组件，其特征在于，所述第一导电件与所述第二导热管之间设有第一绝缘导热层，所述第二导电件与所述第一导热管之间设有第二绝缘导热层。


4.如权利要求3所述的套管式半导体组件，其特征在于，所述N型半导体、所述P型半导体、所述第一导电件、所述第二导电件、所述第一导电臂、所述第二导电臂、所述第一绝缘导热层及所述第二绝缘导热层均呈圆环状。


5.如权利要求1所述的套管式半导体组件，其特征在于，所述N型半导体与所述P型半导体之间以及两个相邻的所述半导体单元之间填充有绝缘隔热材料。


6.如权利要求1所述的套管式半导体组件，其特征在于，所述套管式半导体组件的数量为多个；
一第一连接管连通相邻的两个所述套管式半导体组件的第一导热管，一第二连接管连通相邻的两个所述套管式半导体组件的所述第二导热管与所述外套管之间的空间，以形成一串联连接结构。


7.如权利要求1所述的套管式半导体组件，其特征在于，所述套管式半导体组件的数量为多个；
一第一连接管与各所述套管式...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘小江，
申请(专利权)人：刘小江，
类型：发明
国别省市：湖南;43