专利名称：基于半导体致冷技术和热超导技术的温度调节装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于半导体致冷技术以及热超导技术在温度调节方面的应用，适用于各种需要一些在特殊用途中的温度调节与控制的场合。
背景技术：
目前采用机电方式进行温度调节的部件已经非常普及，比如在冰箱、空调中使用的压缩机和其他一些加热部件作为冷源或者热源，使用各种导热性能比较好的金属材料作为导热管，但是这些部件由于尺寸比较大同时运行时发出一定的噪音，存在着介质液气相变传递汽化潜热，受到温度和循环相变速度的影响，热损比较大，寿命短，同时传热物对环境会造成一些污染、对一些特殊情况下不适用，另外还存在着致冷/致热效率比较低、同一个部件不能用于致冷/致热等方面的缺点。
1834年，法国科学家帕尔贴发现了热电致冷和致热现象，即金属温差电逆效应。由两种不同金属组成一对热电偶，当热电偶输入直流电流后，因直流电通入的方向不同，将在电偶结点处产生吸热和放热现象，称这种现象为帕尔贴效应。半导体致冷材料是对特殊半导体材料，通过掺入的杂质改变其温差电动势率、导电率和热导率，使其满足致冷需要的材料。温差电致冷组件就是由这种特殊的N型和P型半导体制成的。把若干对半导体热电偶(图1、2中，金属X和金属Y)在电路上串联起来，而在传热方面则是并联的，这就构成了一个常见的致冷热电堆。按附图1示接上直流电源后，这个热电堆的左边是冷端，右边是热端。借助热交换器等手段，使热电堆的热端不断散热并且保持一定的温度，把热电堆的冷端放到工作环境中去吸热降温，这就是温差电致冷组件的工作原理。如果改变供电电流的方向，如附图2所示，原来的冷端就会变成热端，而热端就会变成冷端，即利用改变供电电流的方向就能在一个部件中实现致冷/致热两种功能。目前这项技术在车载电子冰箱、医疗仪器、CPU等电子部件的散热等方面得到了广泛的应用。
现有技术中，例如专利号为99246636.9，专利名称为半导体式空调器的中国实用新型专利；专利号为99254327.4，专利名称为热管式半导体空调装置的中国实用新型专利；专利号为94236724.3，专利名称为半导体空调的中国实用新型专利；以及专利号为00228950.4，专利名称为半导体温度调节装置的中国实用新型专利，以及专利申请号是03116204.5，专利名称是装有半导体制冷器的超声波空调扇的中国发明专利申请；上述各个文献中，是对半导体致热/冷器的一些具体应用。
还存在的缺点是1、单位面积的传热量较小；2、传热效率低；3、传热速度慢。
发明内容为了克服已有的半导体空调的单位面积的传热量较小、传热效率低、传热速度慢的不足，本实用新型提供一种单位面积传热量大、传热效率高、传热速度快的基于半导体致冷技术和热超导技术的温度调节装置。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是一种基于半导体致冷技术和热超导技术的温度调节装置，包括用以实现热电制冷和制热的半导体制冷器，所述的半导体制冷器与供电电源连接，所述的温度调节装置还包括热超导散热器、热超导传热器，所述的热超导散热器、热超导传热器位于半导体制冷器的两个面上，所述的热超导传热器上安装有温度传感器，所述的供电电源连接用于根据设定温度与温度传感器的温度控制是否接通供电电源以及供电电流方向的温控模块。
进一步，所述的半导体制冷器为由N型半导体和P型半导体依次串联而成的致冷热电堆。
再进一步，所述的半导体制冷器的两个陶瓷面上涂抹一层硅脂。所述的半导体制冷器与所述的热超导散热器和所述的热超导传热器装配时，在所述的半导体制冷器的两个陶瓷面上涂抹一层硅脂。
更进一步，所述的热超导散热器是采用基于纳米材料的热超导元件作为热载子制成的散热器，所述的热超导传热器是采用基于纳米材料的热超导元件作为热载子制成的传热器。
所述的热超导传热器呈并行管状。
所述的热超导传热器呈并行板状。能够支撑电子空调板，利用电子空调板可以制作成许多改善局部温度的小型电子空调产品，如电子冷热空调桌面、电子冷热空调台板、电子冷热空调立板，然后利用这些电子空调板件组装成各种形式的电子空调空间。
所述的热超导传热器呈纤维状，所述的热超导传热器与其他纤维组合编织成热超导织物。利用该结构能够制成电子睡袋、电子冰帽以及电子坐垫等。
本实用新型的工作原理是1911年，荷兰物理学家卡茂林-昂纳斯意外地发现，将汞冷却到零下268.98℃时，汞的电阻突然消失。后来他发现许多金属、合金、化合物都具有类似的在-273.15℃左失去电阻的特性，这种在特定状态下电阻趋近于零的特殊导电性被科学家称为“超导”。上世纪60年代科学家们在热物理方面也有了在特定状态下物体热阻趋近于零的重大发现，当时就沿用了电学上的“超导”概念，称其为“热超导”或“超导温”技术。其原理是在封闭的物体内加入特制的化学物质，在一端受热的情况下，热量以声速向低温端传递。
“热超导”技术最初应用在宇航、军工等行业，上世纪八十年代以后开始应用于化工、电子电器等行业，如电子电器散热、计算机CPU散热、大型空气预热器、高温热管换热器、高温高压化学反应器等。这一技术彻底改变了人们的传、散热器的设计思路，开辟了传、散热行业的新天地。
热传导技术是利用一种基于纳米材料的热超导元件作为热载子进行热能量传输的高科技发明，其发明内容以及热超导元件的制造方法在中国发明专利CN02134319.5的基于纳米材料的热超导元件及其制备方法中已有详细说明。这种用热超导元件做成的热管与常规热管技术不同，不存在介质液气相变传递汽化潜热，不受温度和循环相变速度的影响，热损小，寿命长。传热物是一种无毒、无害、无燃、无辐射、无污染、结构稳定、安全可靠的微纳米热载子，它在摄氏-40度至+2200度被激活产生高速热震荡，伴随物化作用，将热能通过热交换系统迅速传到人们所需要的地方。其传热速度为音速，传热热阻趋于零，传热效率大于98％，传热量是当量银的8000倍，是目前人们所知道的单位面积传热量最大、传热效率最高、传热速度最快、热流密度及方向最易控制、等温性恒温性热敏性最好、环境适应性最高、传热速度最快、热流密度及方向最易控制、等温性恒温性热敏性最好、环境适应性最强、不需要任何外加动力、可进行远距离热量传输的最有效的传热设备或部件。用该热传导技术所制造的产品可节能(煤、气、电、油及其它热能)50％左右，环保效果十分明显。该技术适用性强，应用范围广泛，与传统的热传输设备、部件相比可节约材料30％，使用寿命在12年以上，且安全可靠，产品性能稳定，技术含金量很高。因此使用热传导技术作为半导体致冷的热交换器将会大大提升致冷/致热效率。
本实用新型将半导体致冷技术和热超导技术结合在一起，直流电源对半导体致冷器进行供电，温控模块根据设定的情况控制直流电源的开与关以及供电电流的方向；所述的热超导散热部件是用于将半导体致冷器件与热超导散热部件相接触的一个面所产生的热量或者冷量迅速的散发出去；所述的热超导传热部件是用于将半导体致冷器件与热超导传热部件相接触的一个面所产生的热量或者冷量迅速的传到所需要的地方；半导体致冷器件的致冷/致热能力的大小选择是根据热超导传热部件所包容的空间内的所有其他热源或者冷源的总和、上述包容的空间内所期待的温度以及热泄露所造成功率损耗来进行设计的。
本实用新型的有益效果主要表现在1、单位面积传热量大；2、传热效率高；3、传热速度快。
图1是半导体致冷的原理图。
图2是改变对半导体致冷器件的供电电流方向达到冷热两用的原理图。
图3是基于半导体致冷技术和热超导技术的温度调节装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步描述。
实施例1
参照图3，一种基于半导体致冷技术和热超导技术的温度调节装置，包括用以实现热电制冷和制热的半导体制冷器1，所述的半导体制冷器1与供电电源4连接，所述的温度调节装置还包括热超导散热器2、热超导传热器3，所述的热超导散热器2、热超导传热器3位于半导体制冷器1的两个面上，所述的热超导传热器3上安装有温度传感器，所述的供电电源4连接用于根据设定温度与温度传感器的温度控制是否接通供电电源以及供电电流方向的温控模块5。
半导体制冷器1为由N型半导体和P型半导体依次串联而成的热冷热电堆。半导体制冷器1的两个面上涂抹一层硅脂6。热超导散热器2是采用基于纳米材料的热超导元件作为热载子制成的散热器，热超导传热器3是采用基于纳米材料的热超导元件作为热载子制成的传热器。所述的供电电源4为直流电源。
本发明的工作过程是直流电源4对半导体致冷器1进行供电，温控模块5根据设定的情况控制直流电源的开与关以及供电电流的方向；所述的热超导散热器2是用于将半导体致冷器与热超导散热器相接触的一个面所产生的热量或者冷量迅速的散发出去；所述的热超导传热器3是用于将半导体致冷器与热超导传热器相接触的一个面所产生的热量或者冷量迅速的传到所需要的地方；半导体致冷器1的致冷/致热能力的大小选择是根据热超导传热部件所包容的空间内的所有其他热源或者冷源的总和、上述包容的空间内所期待的温度以及热泄露所造成功率损耗来进行设计的。
所述的热超导传热部件是采用基于纳米材料的热超导元件作为热载子制成的材料加工而成的，其形状可根据实际使用的需要制作成并行管状、板状等各种形状，也可以加工成纤维状并与其他纤维组合编织成热超导织物。
实施例2参照图3，本实施例的热超导传热器3为纤维状，所述的热超导传热器与其他纤维组合编织成热超导织物。本实施例的其余结构和工作过程与实施例1相同。
本实施例制成冷热两用的电子睡袋，睡袋内层所选择的织物是由上述热超导纤维与其他纤维组合编织成热超导织物，热超导纤维与半导体致冷器1的某一个面之间具有良好的传热性能，睡袋外层所选择的织物可以是保温性比较好的织物，以减少热泄漏，利用半导体致冷技术对睡袋内进行温度调节，人在睡眠前进入电子睡袋然后扣紧睡袋以减少与外界的热交换，这样睡眠时犹如在空调房间中睡眠一样，即没有空调一样的噪音，也不存在电子辐射，由于只要能保证睡袋内小环境的温度，因此能大大节省能源；用该技术制成的冷热两用的电子睡袋，由于具有质量轻、体积小、便于携带、交直流两用、冷热两用等优点，特别适用于生活环境条件比较恶劣的气候、流动性比较大野外工作人员。
实施例3参照图3，本实施例的热超导传热器3为纤维状，所述的热超导传热器与其他纤维组合编织成热超导织物。本实施例的其余结构和工作过程与实施例1相同。
本实施例制成电子冰帽，冰帽内层所选择的织物是由上述热超导纤维与其他纤维组合编织成热超导织物，热超导纤维与半导体致冷器件的某一个面之间具有良好的传热性能，冰帽的外层所选择的材料可以是保温性比较好的硬体材料，以减少热泄漏，利用半导体致冷技术对冰帽内进行致冷，当人得病需要物理降温时，让病人戴上电子冰帽，然后扣紧冰帽的下部以减少与外界的热交换，对半导体致冷器件通电后就能立即达到物理降温的效果。
实施例4参照图3，本实施例的热超导传热器3为纤维状，所述的热超导传热器与其他纤维组合编织成热超导织物。本实施例的其余结构和工作过程与实施例1相同。
本实施例制成电子坐垫，坐垫所选择的织物是由上述热超导纤维与其他纤维组合编织成热超导织物，热超导纤维与半导体致冷器件的某一个面之间具有良好的传热性能，根据实际需要可以调节坐垫表面的温度以改善坐在坐垫上的人的周围具有舒适的温度环境，特别适用在车内的座位上。
实施例5参照图3，本实施例的热超导传热器3为并行板状。本实施例的其余结构和工作过程与实施例1相同。
本实施例制成电子空调板，所述的电子空调板是由上述热超导材料嵌入在板材中，利用电子空调板可以作成许多改善局部温度的小型电子空调产品，如电子冷热空调桌面、电子冷热空调台板、电子冷热空调立板，然后利用这些电子空调板件组装成各种形式的电子空调空间。
权利要求1.一种基于半导体致冷技术和热超导技术的温度调节装置，包括用以实现热电制冷和制热的半导体制冷器，所述的半导体制冷器与供电电源连接，其特征在于所述的温度调节装置还包括热超导散热器、热超导传热器，所述的热超导散热器、热超导传热器位于半导体制冷器的两个面上，所述的热超导传热器上安装有温度传感器，所述的供电电源连接用于根据设定温度与温度传感器的温度控制是否接通供电电源以及供电电流方向的温控模块。
2.如权利要求1所述的基于半导体致冷技术和热超导技术的温度调节装置，其特征在于所述的半导体制冷器为由N型半导体和P型半导体依次串联而成的致冷热电堆。
3.如权利要求1所述的基于半导体致冷技术和热超导技术的温度调节装置，其特征在于在所述的半导体制冷器的两个陶瓷面上涂抹一层硅脂。
4.如权利要求2所述的基于半导体致冷技术和热超导技术的温度调节装置，其特征在于在所述的半导体制冷器的两个陶瓷面上涂抹一层硅脂。
5.如权利要求1-4之一所述的基于半导体致冷技术和热超导技术的温度调节装置，其特征在于所述的热超导散热器是采用基于纳米材料的热超导元件作为热载子制成的散热器，所述的热超导传热器是采用基于纳米材料的热超导元件作为热载子制成的传热器。
6.如权利要求5所述的基于半导体致冷技术和热超导技术的温度调节装置，其特征在于所述的热超导传热器呈并行管状。
7.如权利要求5所述的基于半导体致冷技术和热超导技术的温度调节装置，其特征在于所述的热超导传热器呈并行板状。
8.如权利要求5所述的基于半导体致冷技术和热超导技术的温度调节装置，其特征在于所述的热超导传热器呈纤维状，所述的热超导传热器与其他纤维组合编织成热超导织物。
专利摘要一种基于半导体致冷技术和热超导技术的温度调节装置，包括用以实现热电制冷和制热的半导体制冷器，所述的半导体制冷器与供电电源连接，所述的温度调节装置还包括热超导散热器、热超导传热器，所述的热超导散热器、热超导传热器位于半导体制冷器的两个面上，所述的热超导传热器上安装有温度传感器，所述的供电电源连接用于根据设定温度与温度传感器的温度控制是否接通供电电源以及供电电流方向的温控模块。本实用新型提供一种单位面积传热量大、传热效率高、传热速度快的基于半导体致冷技术和热超导技术的温度调节装置。
文档编号F25B21/02GK2919141SQ20062010139
公开日2007年7月4日 申请日期2006年3月3日 优先权日2006年3月3日
发明者汤一平, 沈立刚, 吕慧强, 胡瑛 申请人:浙江工业大学