专利名称：带有热电致冷装置的热棒的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种热棒。
技术背景我国多年冻土区面积占整个国土面积的22.4% ，是世界上第三冻 土大国。根据国民经济建设和国防建设需要，将有越来越多的各种工业、民 用、军用建筑修建在多年冻土地区，但是冻土是一种特殊的低温己变的自然 体，保持多年冻土的稳定是解决冻土地区建设的关键问题。目前，热棒已广 泛应用于冻土地区的各类基础工程，尽管它的外形有所差异，但基本结构均 为内有低温沸点传热工质的封闭中空柱体，冷凝段上设有散热翅片。它的不 足之处是；普通热棒只能在空气温度低于冻土温度时才能工作，可是多年冻 土地区约有半年的时间不能满足热棒的工作条件，如青藏高原地区夏季白天 的气温可达30'C或更高，在这样逆温差的条件下热棒是不能工作的。于是在 自然温度的作用下冻土会融沉变形，造成其上的各种建筑物如道路、桥梁、 房屋等开裂、沉陷、变形以至毁坏。不仅如此，在夏天日照较强时，由于热 棒金属壁自身导热的原因，它还会将少量的热量传到冻土里，加剧冻土的融 沉变形。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种能长年正常工作的带有热电致 冷装置的热棒。
本实用新型主要是，在现有热棒的冷凝段设置基于帕耳贴(Peltier )效应 的半导体致冷装置。
本实用新型的热棒，可以是冷凝段和蒸发段连为一体的，也可以是分体的， 如是分体的它们的连接管外最好设隔热保温层。该热棒冷凝段可以是光棒，但最好设有散热片。最好散热片表面设有防腐涂层。该防腐涂层外面设有为 减少吸收太阳辐射的涂层。最好在热棒蒸发段表面设有防腐涂层或保护阴极 的牺牲阳极涂层。最好在热棒冷凝段上设有监控热棒温度变化和工作状态的 监控机构。
本实用新型的半导体致冷装置主要包括有半导体元件、基板、外壳、绝 缘材料和直流电源。其中，半导体元件为半导体致冷芯片，其可设计成各种
形状，单个的如棒状或条状，多个集合在一起如半圆环或1/n圆环形。上述 半导体元件竖直排列，它们的上下两端分别设在金属基板上，该基板呈环形， 最好中心通孔内径等于热管外径，使两者基本无空隙，以便于热量传导。在 上述半导体元件的外面设有将它们罩在其内的筒性形外壳，该金属壳体上下 两端分别与上下基板相连，两者所构成的内呈圆柱形的壳体不仅支承和保护 上述半导体元件，同时还能进行热量传导。根据帕耳贴(Peltier)原理，该 芯片一半是N型半导体元件，另一半是P型半导体元件。这些半导体元件同 一端(上端或下端)所有同类型(N型或P型)半导体元件通过导线连在一 起，其集合处可以是一根总导线，也可以是一个接点。这样的集合处有4个， 其中半导体元件上端N型及P型的两个集合处相连。半导体元件下端N型 的集合处与直流电源正极相连,P型的集合处与直流电源负极相连，构成完整 回路，这就是帕耳贴(Peltier)致冷器。上述电源可以是普通的直流电源，也 可以是经整流的交流电源还可以是太阳能电池电源。上述半导体致冷装置安 装在维持冻土稳定的热棒冷凝段上，接通电源后，电流由N型元件流向P型 元件，电子流动同时有热量流动，此时热棒位于冻土中的蒸发段成为冷端， 而热棒位于空气中冷凝段成为热端，即热棒蒸发段的热量被移到热棒的冷凝 段，导致热棒蒸发段温度降低，以便保持冻土的稳定，而传导至冷凝段的热 量则散发在空气中。半导体致冷装置吸热量和放热量的大小是由连通电流的
大小，半导体材料及N.P型元件的数量和种类决定的，这样在半导体致冷装 置温差电动势的作用下，从冻土中采集与输入电功率成比例的热量，能防止 冻土发生融沉变形，从而保持冻土稳定。为使上述半导体致冷装置能正常工 作，在该装置内设有绝缘材料，其根据所设的位置不同形状也不同，如半导 体元件两端虽设在基板上，但两者之间设将它们隔开的绝缘材料。另在上下 两基板内侧设有将连接导线彼此绝缘的绝缘材料。上述半导体致冷装置安装 在热棒顶部，为连接在顶部以外的部位或拆装方便，最好上下基板，外壳及 其内的半导体元件和绝缘材料，均由过轴线的平面将其分为两半，并通过设 在两半外壳上的连接件连为一个整体。这样在空气温度高于冻土温度条件下， 普通热棒不能正常工作时使用；当空气温度低于冻土温度时，普通热棒能正 常工作，可将上述半导体致冷装置取下，以增加其使用寿命。 本实用新型与现有技术相比具有如下优点；
1本实用新型在满足热棒工作条件的季节，热棒内部低沸气工质通过汽液两相 转换对流循环将冻土中的热量传输到空气中；在不满足普通热棒工作条件的 季节，安装在冷凝段的半导体致冷装置在电力的驱动下从冻土中釆集与电功 率成正比的热量，防止冻土发生冻胀或融沉变形，从而实现长年全天侯正常 工作，简单有效地解决了多年冻土越夏的稳定问题，进而保证了其上建筑物 的安全。
2性能稳定，能长期可靠运行。 3结构简单，拆装方便。
图1是本实用新型使用状态示意简图
图2是本实用新型半导体致冷装置的主视剖面示意简图。
具体实施方式
在
图1所示的带有热电致冷装置的热棒的使用状态示意简图中，外表面 设有防腐涂层的热棒1蒸发段设在多年冻土层2内，其上部穿过路基3冷凝 段位于空气中，该冷凝段上设有散热片4，该散热片表面设有防腐涂层，该防 腐涂层外面设有减少太阳辐射的涂层。在热棒顶端的吊装夹持机构上设有半 导体致冷装置5。
在图2所示的本实用新型半导体致冷装置的主视剖面示意简图中，半导体 元件6,7竖直排列，它们的上下两端分别设在环行基板8上。在半导体元件外 面设上下两端分别与上下基板相连的外壳9，半导体元件同一端所有同类型的 半导体元件通过导线连接在一起，其中半导体元件上端N型6及P型7的两 个集合处的两根总导线相连，半导体元件下端N型集合处的接点通过导线与 直流电源10正极相连，P型集合处的接点通过导线与直流电源负极相连。半 导体元件两端设将它们与基板隔开的绝缘材料。在上下两基板内侧设将连接 导线彼此绝缘的绝缘材料ll。
权利要求1一种带有热电致冷装置的热棒，它包括有热棒，其特征在于在热棒冷凝段设置基于帕耳贴效应的半导体致冷装置。
专利摘要一种带有热电致冷装置的热棒，其主要是在热棒冷凝段设置基于帕耳贴效应的半导体致冷装置。该半导体致冷装置的半导体元件竖直排列，它们的上下两端分别设在环形基板上，在半导体元件外面设上下两端分别与上下基板相连的外壳，半导体元件同一端所有同类型的半导体元件通过导线连在一起，其中半导体元件上端N型及P型的两个集合处相连，半导体元件下端N型的集合处与直流电源正极相连，P型的集合处与直流电源负极相连，在该半导体致冷装置内有绝缘材料。本实用新型结构简单，拆装方便，性能稳定，能长期可靠运行，可实现热棒长年全天侯正常工作，简单有效地解决了多年冻土越夏的稳定问题，进而保证了其上建筑物的安全。
文档编号F25B21/02GK201059818SQ20072001292
公开日2008年5月14日 申请日期2007年6月22日 优先权日2007年6月22日
发明者严军华, 峰 高 申请人:大连熵立得传热技术有限公司