專利名稱：基于半導(dǎo)體致冷技術(shù)和熱超導(dǎo)技術(shù)的溫度調(diào)節(jié)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于半導(dǎo)體致冷技術(shù)以及熱超導(dǎo)技術(shù)在溫度調(diào)節(jié)方面的應(yīng)用，適用于各種需要一些在特殊用途中的溫度調(diào)節(jié)與控制的場合。
背景技術(shù)：
目前采用機(jī)電方式進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)的部件已經(jīng)非常普及，比如在冰箱、空調(diào)中使用的壓縮機(jī)和其他一些加熱部件作為冷源或者熱源，使用各種導(dǎo)熱性能比較好的金屬材料作為導(dǎo)熱管，但是這些部件由于尺寸比較大同時運(yùn)行時發(fā)出一定的噪音，存在著介質(zhì)液氣相變傳遞汽化潛熱，受到溫度和循環(huán)相變速度的影響，熱損比較大，壽命短，同時傳熱物對環(huán)境會造成一些污染、對一些特殊情況下不適用，另外還存在著致冷/致熱效率比較低、同一個部件不能用于致冷/致熱等方面的缺點(diǎn)。
1834年，法國科學(xué)家帕爾貼發(fā)現(xiàn)了熱電致冷和致熱現(xiàn)象，即金屬溫差電逆效應(yīng)。由兩種不同金屬組成一對熱電偶，當(dāng)熱電偶輸入直流電流后，因直流電通入的方向不同，將在電偶結(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生吸熱和放熱現(xiàn)象，稱這種現(xiàn)象為帕爾貼效應(yīng)。半導(dǎo)體致冷材料是對特殊半導(dǎo)體材料，通過摻入的雜質(zhì)改變其溫差電動勢率、導(dǎo)電率和熱導(dǎo)率，使其滿足致冷需要的材料。溫差電致冷組件就是由這種特殊的N型和P型半導(dǎo)體制成的。把若干對半導(dǎo)體熱電偶(圖1、2中，金屬X和金屬Y)在電路上串聯(lián)起來，而在傳熱方面則是并聯(lián)的，這就構(gòu)成了一個常見的致冷熱電堆。按附圖1示接上直流電源后，這個熱電堆的左邊是冷端，右邊是熱端。借助熱交換器等手段，使熱電堆的熱端不斷散熱并且保持一定的溫度，把熱電堆的冷端放到工作環(huán)境中去吸熱降溫，這就是溫差電致冷組件的工作原理。如果改變供電電流的方向，如附圖2所示，原來的冷端就會變成熱端，而熱端就會變成冷端，即利用改變供電電流的方向就能在一個部件中實現(xiàn)致冷/致熱兩種功能。目前這項技術(shù)在車載電子冰箱、醫(yī)療儀器、CPU等電子部件的散熱等方面得到了廣泛的應(yīng)用。
現(xiàn)有技術(shù)中，例如專利號為99246636.9，專利名稱為半導(dǎo)體式空調(diào)器的中國實用新型專利；專利號為99254327.4，專利名稱為熱管式半導(dǎo)體空調(diào)裝置的中國實用新型專利；專利號為94236724.3，專利名稱為半導(dǎo)體空調(diào)的中國實用新型專利；以及專利號為00228950.4，專利名稱為半導(dǎo)體溫度調(diào)節(jié)裝置的中國實用新型專利，以及專利申請?zhí)柺?3116204.5，專利名稱是裝有半導(dǎo)體制冷器的超聲波空調(diào)扇的中國發(fā)明專利申請；上述各個文獻(xiàn)中，是對半導(dǎo)體致熱/冷器的一些具體應(yīng)用。
還存在的缺點(diǎn)是1、單位面積的傳熱量較小；2、傳熱效率低；3、傳熱速度慢。

發(fā)明內(nèi)容為了克服已有的半導(dǎo)體空調(diào)的單位面積的傳熱量較小、傳熱效率低、傳熱速度慢的不足，本實用新型提供一種單位面積傳熱量大、傳熱效率高、傳熱速度快的基于半導(dǎo)體致冷技術(shù)和熱超導(dǎo)技術(shù)的溫度調(diào)節(jié)裝置。
本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種基于半導(dǎo)體致冷技術(shù)和熱超導(dǎo)技術(shù)的溫度調(diào)節(jié)裝置，包括用以實現(xiàn)熱電制冷和制熱的半導(dǎo)體制冷器，所述的半導(dǎo)體制冷器與供電電源連接，所述的溫度調(diào)節(jié)裝置還包括熱超導(dǎo)散熱器、熱超導(dǎo)傳熱器，所述的熱超導(dǎo)散熱器、熱超導(dǎo)傳熱器位于半導(dǎo)體制冷器的兩個面上，所述的熱超導(dǎo)傳熱器上安裝有溫度傳感器，所述的供電電源連接用于根據(jù)設(shè)定溫度與溫度傳感器的溫度控制是否接通供電電源以及供電電流方向的溫控模塊。
進(jìn)一步，所述的半導(dǎo)體制冷器為由N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體依次串聯(lián)而成的致冷熱電堆。
再進(jìn)一步，所述的半導(dǎo)體制冷器的兩個陶瓷面上涂抹一層硅脂。所述的半導(dǎo)體制冷器與所述的熱超導(dǎo)散熱器和所述的熱超導(dǎo)傳熱器裝配時，在所述的半導(dǎo)體制冷器的兩個陶瓷面上涂抹一層硅脂。
更進(jìn)一步，所述的熱超導(dǎo)散熱器是采用基于納米材料的熱超導(dǎo)元件作為熱載子制成的散熱器，所述的熱超導(dǎo)傳熱器是采用基于納米材料的熱超導(dǎo)元件作為熱載子制成的傳熱器。
所述的熱超導(dǎo)傳熱器呈并行管狀。
所述的熱超導(dǎo)傳熱器呈并行板狀。能夠支撐電子空調(diào)板，利用電子空調(diào)板可以制作成許多改善局部溫度的小型電子空調(diào)產(chǎn)品，如電子冷熱空調(diào)桌面、電子冷熱空調(diào)臺板、電子冷熱空調(diào)立板，然后利用這些電子空調(diào)板件組裝成各種形式的電子空調(diào)空間。
所述的熱超導(dǎo)傳熱器呈纖維狀，所述的熱超導(dǎo)傳熱器與其他纖維組合編織成熱超導(dǎo)織物。利用該結(jié)構(gòu)能夠制成電子睡袋、電子冰帽以及電子坐墊等。
本實用新型的工作原理是1911年，荷蘭物理學(xué)家卡茂林-昂納斯意外地發(fā)現(xiàn)，將汞冷卻到零下268.98℃時，汞的電阻突然消失。后來他發(fā)現(xiàn)許多金屬、合金、化合物都具有類似的在-273.15℃左失去電阻的特性，這種在特定狀態(tài)下電阻趨近于零的特殊導(dǎo)電性被科學(xué)家稱為“超導(dǎo)”。上世紀(jì)60年代科學(xué)家們在熱物理方面也有了在特定狀態(tài)下物體熱阻趨近于零的重大發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時就沿用了電學(xué)上的“超導(dǎo)”概念，稱其為“熱超導(dǎo)”或“超導(dǎo)溫”技術(shù)。其原理是在封閉的物體內(nèi)加入特制的化學(xué)物質(zhì)，在一端受熱的情況下，熱量以聲速向低溫端傳遞。
“熱超導(dǎo)”技術(shù)最初應(yīng)用在宇航、軍工等行業(yè)，上世紀(jì)八十年代以后開始應(yīng)用于化工、電子電器等行業(yè)，如電子電器散熱、計算機(jī)CPU散熱、大型空氣預(yù)熱器、高溫?zé)峁軗Q熱器、高溫高壓化學(xué)反應(yīng)器等。這一技術(shù)徹底改變了人們的傳、散熱器的設(shè)計思路，開辟了傳、散熱行業(yè)的新天地。
熱傳導(dǎo)技術(shù)是利用一種基于納米材料的熱超導(dǎo)元件作為熱載子進(jìn)行熱能量傳輸?shù)母呖萍及l(fā)明，其發(fā)明內(nèi)容以及熱超導(dǎo)元件的制造方法在中國發(fā)明專利CN02134319.5的基于納米材料的熱超導(dǎo)元件及其制備方法中已有詳細(xì)說明。這種用熱超導(dǎo)元件做成的熱管與常規(guī)熱管技術(shù)不同，不存在介質(zhì)液氣相變傳遞汽化潛熱，不受溫度和循環(huán)相變速度的影響，熱損小，壽命長。傳熱物是一種無毒、無害、無燃、無輻射、無污染、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全可靠的微納米熱載子，它在攝氏-40度至+2200度被激活產(chǎn)生高速熱震蕩，伴隨物化作用，將熱能通過熱交換系統(tǒng)迅速傳到人們所需要的地方。其傳熱速度為音速，傳熱熱阻趨于零，傳熱效率大于98％，傳熱量是當(dāng)量銀的8000倍，是目前人們所知道的單位面積傳熱量最大、傳熱效率最高、傳熱速度最快、熱流密度及方向最易控制、等溫性恒溫性熱敏性最好、環(huán)境適應(yīng)性最高、傳熱速度最快、熱流密度及方向最易控制、等溫性恒溫性熱敏性最好、環(huán)境適應(yīng)性最強(qiáng)、不需要任何外加動力、可進(jìn)行遠(yuǎn)距離熱量傳輸?shù)淖钣行У膫鳠嵩O(shè)備或部件。用該熱傳導(dǎo)技術(shù)所制造的產(chǎn)品可節(jié)能(煤、氣、電、油及其它熱能)50％左右，環(huán)保效果十分明顯。該技術(shù)適用性強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣泛，與傳統(tǒng)的熱傳輸設(shè)備、部件相比可節(jié)約材料30％，使用壽命在12年以上，且安全可靠，產(chǎn)品性能穩(wěn)定，技術(shù)含金量很高。因此使用熱傳導(dǎo)技術(shù)作為半導(dǎo)體致冷的熱交換器將會大大提升致冷/致熱效率。
本實用新型將半導(dǎo)體致冷技術(shù)和熱超導(dǎo)技術(shù)結(jié)合在一起，直流電源對半導(dǎo)體致冷器進(jìn)行供電，溫控模塊根據(jù)設(shè)定的情況控制直流電源的開與關(guān)以及供電電流的方向；所述的熱超導(dǎo)散熱部件是用于將半導(dǎo)體致冷器件與熱超導(dǎo)散熱部件相接觸的一個面所產(chǎn)生的熱量或者冷量迅速的散發(fā)出去；所述的熱超導(dǎo)傳熱部件是用于將半導(dǎo)體致冷器件與熱超導(dǎo)傳熱部件相接觸的一個面所產(chǎn)生的熱量或者冷量迅速的傳到所需要的地方；半導(dǎo)體致冷器件的致冷/致熱能力的大小選擇是根據(jù)熱超導(dǎo)傳熱部件所包容的空間內(nèi)的所有其他熱源或者冷源的總和、上述包容的空間內(nèi)所期待的溫度以及熱泄露所造成功率損耗來進(jìn)行設(shè)計的。
本實用新型的有益效果主要表現(xiàn)在1、單位面積傳熱量大；2、傳熱效率高；3、傳熱速度快。


圖1是半導(dǎo)體致冷的原理圖。
圖2是改變對半導(dǎo)體致冷器件的供電電流方向達(dá)到冷熱兩用的原理圖。
圖3是基于半導(dǎo)體致冷技術(shù)和熱超導(dǎo)技術(shù)的溫度調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步描述。
實施例1
參照圖3，一種基于半導(dǎo)體致冷技術(shù)和熱超導(dǎo)技術(shù)的溫度調(diào)節(jié)裝置，包括用以實現(xiàn)熱電制冷和制熱的半導(dǎo)體制冷器1，所述的半導(dǎo)體制冷器1與供電電源4連接，所述的溫度調(diào)節(jié)裝置還包括熱超導(dǎo)散熱器2、熱超導(dǎo)傳熱器3，所述的熱超導(dǎo)散熱器2、熱超導(dǎo)傳熱器3位于半導(dǎo)體制冷器1的兩個面上，所述的熱超導(dǎo)傳熱器3上安裝有溫度傳感器，所述的供電電源4連接用于根據(jù)設(shè)定溫度與溫度傳感器的溫度控制是否接通供電電源以及供電電流方向的溫控模塊5。
半導(dǎo)體制冷器1為由N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體依次串聯(lián)而成的熱冷熱電堆。半導(dǎo)體制冷器1的兩個面上涂抹一層硅脂6。熱超導(dǎo)散熱器2是采用基于納米材料的熱超導(dǎo)元件作為熱載子制成的散熱器，熱超導(dǎo)傳熱器3是采用基于納米材料的熱超導(dǎo)元件作為熱載子制成的傳熱器。所述的供電電源4為直流電源。
本發(fā)明的工作過程是直流電源4對半導(dǎo)體致冷器1進(jìn)行供電，溫控模塊5根據(jù)設(shè)定的情況控制直流電源的開與關(guān)以及供電電流的方向；所述的熱超導(dǎo)散熱器2是用于將半導(dǎo)體致冷器與熱超導(dǎo)散熱器相接觸的一個面所產(chǎn)生的熱量或者冷量迅速的散發(fā)出去；所述的熱超導(dǎo)傳熱器3是用于將半導(dǎo)體致冷器與熱超導(dǎo)傳熱器相接觸的一個面所產(chǎn)生的熱量或者冷量迅速的傳到所需要的地方；半導(dǎo)體致冷器1的致冷/致熱能力的大小選擇是根據(jù)熱超導(dǎo)傳熱部件所包容的空間內(nèi)的所有其他熱源或者冷源的總和、上述包容的空間內(nèi)所期待的溫度以及熱泄露所造成功率損耗來進(jìn)行設(shè)計的。
所述的熱超導(dǎo)傳熱部件是采用基于納米材料的熱超導(dǎo)元件作為熱載子制成的材料加工而成的，其形狀可根據(jù)實際使用的需要制作成并行管狀、板狀等各種形狀，也可以加工成纖維狀并與其他纖維組合編織成熱超導(dǎo)織物。
實施例2參照圖3，本實施例的熱超導(dǎo)傳熱器3為纖維狀，所述的熱超導(dǎo)傳熱器與其他纖維組合編織成熱超導(dǎo)織物。本實施例的其余結(jié)構(gòu)和工作過程與實施例1相同。
本實施例制成冷熱兩用的電子睡袋，睡袋內(nèi)層所選擇的織物是由上述熱超導(dǎo)纖維與其他纖維組合編織成熱超導(dǎo)織物，熱超導(dǎo)纖維與半導(dǎo)體致冷器1的某一個面之間具有良好的傳熱性能，睡袋外層所選擇的織物可以是保溫性比較好的織物，以減少熱泄漏，利用半導(dǎo)體致冷技術(shù)對睡袋內(nèi)進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，人在睡眠前進(jìn)入電子睡袋然后扣緊睡袋以減少與外界的熱交換，這樣睡眠時猶如在空調(diào)房間中睡眠一樣，即沒有空調(diào)一樣的噪音，也不存在電子輻射，由于只要能保證睡袋內(nèi)小環(huán)境的溫度，因此能大大節(jié)省能源；用該技術(shù)制成的冷熱兩用的電子睡袋，由于具有質(zhì)量輕、體積小、便于攜帶、交直流兩用、冷熱兩用等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于生活環(huán)境條件比較惡劣的氣候、流動性比較大野外工作人員。
實施例3參照圖3，本實施例的熱超導(dǎo)傳熱器3為纖維狀，所述的熱超導(dǎo)傳熱器與其他纖維組合編織成熱超導(dǎo)織物。本實施例的其余結(jié)構(gòu)和工作過程與實施例1相同。
本實施例制成電子冰帽，冰帽內(nèi)層所選擇的織物是由上述熱超導(dǎo)纖維與其他纖維組合編織成熱超導(dǎo)織物，熱超導(dǎo)纖維與半導(dǎo)體致冷器件的某一個面之間具有良好的傳熱性能，冰帽的外層所選擇的材料可以是保溫性比較好的硬體材料，以減少熱泄漏，利用半導(dǎo)體致冷技術(shù)對冰帽內(nèi)進(jìn)行致冷，當(dāng)人得病需要物理降溫時，讓病人戴上電子冰帽，然后扣緊冰帽的下部以減少與外界的熱交換，對半導(dǎo)體致冷器件通電后就能立即達(dá)到物理降溫的效果。
實施例4參照圖3，本實施例的熱超導(dǎo)傳熱器3為纖維狀，所述的熱超導(dǎo)傳熱器與其他纖維組合編織成熱超導(dǎo)織物。本實施例的其余結(jié)構(gòu)和工作過程與實施例1相同。
本實施例制成電子坐墊，坐墊所選擇的織物是由上述熱超導(dǎo)纖維與其他纖維組合編織成熱超導(dǎo)織物，熱超導(dǎo)纖維與半導(dǎo)體致冷器件的某一個面之間具有良好的傳熱性能，根據(jù)實際需要可以調(diào)節(jié)坐墊表面的溫度以改善坐在坐墊上的人的周圍具有舒適的溫度環(huán)境，特別適用在車內(nèi)的座位上。
實施例5參照圖3，本實施例的熱超導(dǎo)傳熱器3為并行板狀。本實施例的其余結(jié)構(gòu)和工作過程與實施例1相同。
本實施例制成電子空調(diào)板，所述的電子空調(diào)板是由上述熱超導(dǎo)材料嵌入在板材中，利用電子空調(diào)板可以作成許多改善局部溫度的小型電子空調(diào)產(chǎn)品，如電子冷熱空調(diào)桌面、電子冷熱空調(diào)臺板、電子冷熱空調(diào)立板，然后利用這些電子空調(diào)板件組裝成各種形式的電子空調(diào)空間。
權(quán)利要求1.一種基于半導(dǎo)體致冷技術(shù)和熱超導(dǎo)技術(shù)的溫度調(diào)節(jié)裝置，包括用以實現(xiàn)熱電制冷和制熱的半導(dǎo)體制冷器，所述的半導(dǎo)體制冷器與供電電源連接，其特征在于所述的溫度調(diào)節(jié)裝置還包括熱超導(dǎo)散熱器、熱超導(dǎo)傳熱器，所述的熱超導(dǎo)散熱器、熱超導(dǎo)傳熱器位于半導(dǎo)體制冷器的兩個面上，所述的熱超導(dǎo)傳熱器上安裝有溫度傳感器，所述的供電電源連接用于根據(jù)設(shè)定溫度與溫度傳感器的溫度控制是否接通供電電源以及供電電流方向的溫控模塊。
2.如權(quán)利要求1所述的基于半導(dǎo)體致冷技術(shù)和熱超導(dǎo)技術(shù)的溫度調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述的半導(dǎo)體制冷器為由N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體依次串聯(lián)而成的致冷熱電堆。
3.如權(quán)利要求1所述的基于半導(dǎo)體致冷技術(shù)和熱超導(dǎo)技術(shù)的溫度調(diào)節(jié)裝置，其特征在于在所述的半導(dǎo)體制冷器的兩個陶瓷面上涂抹一層硅脂。
4.如權(quán)利要求2所述的基于半導(dǎo)體致冷技術(shù)和熱超導(dǎo)技術(shù)的溫度調(diào)節(jié)裝置，其特征在于在所述的半導(dǎo)體制冷器的兩個陶瓷面上涂抹一層硅脂。
5.如權(quán)利要求1-4之一所述的基于半導(dǎo)體致冷技術(shù)和熱超導(dǎo)技術(shù)的溫度調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述的熱超導(dǎo)散熱器是采用基于納米材料的熱超導(dǎo)元件作為熱載子制成的散熱器，所述的熱超導(dǎo)傳熱器是采用基于納米材料的熱超導(dǎo)元件作為熱載子制成的傳熱器。
6.如權(quán)利要求5所述的基于半導(dǎo)體致冷技術(shù)和熱超導(dǎo)技術(shù)的溫度調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述的熱超導(dǎo)傳熱器呈并行管狀。
7.如權(quán)利要求5所述的基于半導(dǎo)體致冷技術(shù)和熱超導(dǎo)技術(shù)的溫度調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述的熱超導(dǎo)傳熱器呈并行板狀。
8.如權(quán)利要求5所述的基于半導(dǎo)體致冷技術(shù)和熱超導(dǎo)技術(shù)的溫度調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述的熱超導(dǎo)傳熱器呈纖維狀，所述的熱超導(dǎo)傳熱器與其他纖維組合編織成熱超導(dǎo)織物。
專利摘要一種基于半導(dǎo)體致冷技術(shù)和熱超導(dǎo)技術(shù)的溫度調(diào)節(jié)裝置，包括用以實現(xiàn)熱電制冷和制熱的半導(dǎo)體制冷器，所述的半導(dǎo)體制冷器與供電電源連接，所述的溫度調(diào)節(jié)裝置還包括熱超導(dǎo)散熱器、熱超導(dǎo)傳熱器，所述的熱超導(dǎo)散熱器、熱超導(dǎo)傳熱器位于半導(dǎo)體制冷器的兩個面上，所述的熱超導(dǎo)傳熱器上安裝有溫度傳感器，所述的供電電源連接用于根據(jù)設(shè)定溫度與溫度傳感器的溫度控制是否接通供電電源以及供電電流方向的溫控模塊。本實用新型提供一種單位面積傳熱量大、傳熱效率高、傳熱速度快的基于半導(dǎo)體致冷技術(shù)和熱超導(dǎo)技術(shù)的溫度調(diào)節(jié)裝置。
文檔編號F25B21/02GK2919141SQ20062010139
公開日2007年7月4日 申請日期2006年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月3日
發(fā)明者湯一平, 沈立剛, 呂慧強(qiáng), 胡瑛 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)