专利名称：一种温差半导体发电装置的制作方法
技术领域：
本发明属于半导体温差发电技术领域，涉及一种基于双流体导热且可利用温差进
行发电的温差半导体发电装置。
背景技术：
温差半导体是一种利用半导体材料的Petier效应和Seebeck效应，通过对P. N型半导体材料两端通电来吸热放热或者在P.N型半导体材料两端提供温差来发电的技术而制成的一种半导体器件，它无需化学反应且无机械移动部分，因而具有重量轻、无噪声、无污染以及启动快，能精确控温和利用各种热源来发电等特点而被广泛地应用于各个领域。随着能源的短缺及人民不断提高的环境保护意识，特别是全球气候变暖问题，温差半导体材料以其各种优点性越来越受人们的关注。 目前温差半导体采用的导热技术主要是空气导热和液体循环导热两种。空气导热是通过在温差半导体的制热面安装庞大的采用紫铜、铝等导热较好的材料制成的各种散热器和风扇通过和空气接触的方法来导热，这种方法中导热装置的体积大，质量大，导热效果差，成本高。另外现有温差半导体的液体循环导热装置主要是在温差半导体制热面安装一个内部有循环液体容器的热传导器，通过热传导器的壁和内部的液体循环来传热，这种方法只是对温差半导体的单个工作面进行液体循环热传导，导致了对需要利用的冷能或热能传递效果差。
发明内容
本发明的目的是针对现有的温差半导体在应用时所存在的上述问题，发电效率高，热传导效果好，且可根据需要调节发电功率的温差半导体发电装置。 本发明的目的可通过下列技术方案来实现一种温差半导体发电装置，其特征在于，该发电装置包括一个或一个以上的冷散热器和热散热器，所述的热散热器和冷散热器由内而外交替套接扩散布置，并在它们之间的间隙处设有若干个可进行温差发电的半导体组件，所述的冷散热器上具有流通低温流体的管路一，热散热器上具有流通高温流体的管路二，管路一中的低温流体通过冷散热器与半导体组件的冷端进行热交换，管路二中的高温流体通过热散热器与半导体组件的热端进行热交换，所述的半导体组件上连接有正负电极接头。 该温差半导体发电装置进行温差发电时，管路一中通入低温流体，而管路二中通入高温流体。冷散热器对管路一中的低温流体和半导体组件的冷端进行热交换，使半导体组件冷端的温度下降；热散热器对管路二中的高温流体和半导体组件的热端进行热交换，使半导体组件热端的温度升高。半导体组件的冷端和热端产生温差后，可从正负电极接头输出电流。 其中冷散热器和热散热器的数量并不是固定的，当冷散热器和热散热器的数量均只有一个时，布置时可将冷散热器环绕在热散热器四周，也可以将热散热器环绕布置在冷
4散热器四周。当冷散热器和热散热器的数量为多个时，若将其中一个热散热器布置在中心，在其四周环绕布置一个冷散热器，再在这个冷散热器四周环绕布置一热散热器，依此类推，将多个热散热器和冷散热器交替环绕布置无限扩散出去。反之，当中心处布置的是冷散热器时，也可以按上述方法进行布置。 在上述的一种温差半导体发电装置中，所述的冷散热器和热散热器的数量为一个以上，且两者的数量相同或相差为一。冷散热器和热散热器的数量关系与它们的布置形式有关。当布置在中心的散热器与布置在最外圈的散热器为不同种散热器时，两种散热器的数量相同；当布置在中心的散热器与布置在最外圈的散热器为同一种散热器时，这种散热器的数量比另一种散热器的数量多一个。 在上述的一种温差半导体发电装置中，所述的发电装置还包括上端盖和下端盖，上述热散热器和冷散热器由内而外交替套接扩散布置形成温差半导体模块单元，所述的温差半导体模块单元位于上端盖和下端盖之间，上端盖和下端盖上具有与上述各个管路一和管路二连通的流通管路，所述的流通管路与冷源和热源连接。冷源和热源通过流通管路分别向管路一和管路二内持续补充入低温流体和高温流体，供冷散热器和热散热器进行热交换。 在上述的一种温差半导体发电装置中，所述的管路一由若干条贯穿冷散热器的冷过流通道组成，管路二由若干条贯穿热散热器的热过流通道组成。管路一和管路二分别由一定数量的冷过流通道和热过流通道组成，增加了冷散热器和热散热器的热交换面积，有利于提高热交换效率。 在上述的一种温差半导体发电装置中，所述的流通管路包括冷流通管路和热流通管路，所述的热流通管路设置在下端盖上，包括若干条与上述各个热散热器的热过流通道连通的分流通道，所述的各个分流通道的进口端共同连接在一个热进口接头上；所述的冷流通道包括设置在上端盖的冷进口管和冷出口管，下端盖面向温差半导体模块单元的一侧开设有一环形过道，上述冷过流通道分为冷进流通道和冷出流通道这两种，各个冷进流通道的一端与冷进口管连通，另一端与环形过道连通，各个冷出流通道的一端与冷出口管连通，另一端同样与环形过道连通。 热流通管路用于向温差半导体模块单元中热散热器的热过流通道供给高温流体，以使热散热器与半导体组件的热端进行热交换。由于同一个温差半导体模块单元中热过流通道的数量较多，因此需要一定数量的分流通道与之相配合，使高温流体能均匀分流至各个热过流通道中。低温流体流通的冷流通管路为一循环通道，用于向温差半导体模块单元中冷散热器的冷过流通道供给低温流体，以使冷散热器与半导体组件的冷端进行热交换。低温流体从冷进口管进入后，分流至各个冷进流通道中，最后汇集至环形过道中。待环形过道中充满低温流体后，低温流体再从与环形过道连通的各个冷出流通道流出，汇集到冷出口管流出。 在上述的一种温差半导体发电装置中，所述的热进口接头上连接有一个一端封闭的导热管，导热管的开口端与上述的热进口接头连接，导热管内部装有导热液。将导热管的封闭端插入到热源中，利用导热管内的导热液进行导热，通过热散热器与半导体组件的热端进行热交换。导热液充入热过流通道后，热过流通道的出口端被上端盖所封堵，使导热液处于一个封闭的空间内进行导热。
在上述的一种温差半导体发电装置中，所述的导热液为超导液。超导液受到热源的激发，可进行高速导热。启动温度低，只需较低温度即可开始传温，传递速度快。
在上述的一种温差半导体发电装置中，所述的上端盖上设有一冷进口接头和一冷出口接头，冷进口接头与上述的冷进口管连接，冷出口接头与上述的冷出口管连接。冷进口接头和冷出口接头可方便与冷源进行连接，完成循环。 在上述的一种温差半导体发电装置中，所述的上端盖和下端盖之间设有一个以上相同的温差半导体模块单元，各个温差半导体模块单元依次堆叠，且相对应各个散热器上的冷过流通道和热过流通道均依次连通在一起。
由于发电装置中各个温差半导体模块单元都是相同的，因此模块单元中各散热器
的数量、形状也都是相同的，相应的散热器以及它们的冷过流通道和热过流通道都是一一
对应布置的。因此在堆叠后，沿流体的流动方向上，前排散热器上冷过流通道和热过流通道
的出口刚好与下一排相对应散热器上冷过流通道和热过流通道的进口对接。依次类推，将
所有模块单元中相应散热器上的冷过流通道和热过流通道均依次连通在一起。 在上述的一种温差半导体发电装置中，所述的冷散热器和热散热器位于相邻两个
模块单元堆叠处开设有环形的密封槽，密封槽内设有密封圈。添加了密封圈后，保证了各个
模块单元在堆叠后，同一模块单元中相邻两个散热器之间不会发生流体的渗漏。
与现有技术相比，本温差半导体发电装置具有以下优点 1、热传导效果好，低温流体利用活动流体持续制冷，高温流体利用超导液进行超导快速导热，导热效果好。 2、结构新颖，由两种散热器由内而外依次环绕布置，两种散热器交替设置，并且相邻两个散热器根据自身管路内流体的温度情况，对夹设在它们之间的半导体组件的冷端和热端进行热交换。还可根据需要增加一定数量的散热器按布置规则继续套接布置下去，其可产生的功率可调性较强，适用范围大大提高。 3、不但可在散热器所在的布置平面内无限套接布置下去，在垂直于散热器布置平面方向上，多个模块单元还可堆叠在一起使用。使流体可依次经过多个模块单元进行发电，发电功率大大提高。
图1是本温差半导体发电装置的立体结构示意图。
图2是本温差半导体发电装置中温差半导体模块单元的立体结构示意图。 图3是本温差半导体模块单元的俯视结构示意图。 图4是本温差半导体发电装置中上端盖的内部透视图。 图5是本温差半导体发电装置中下端盖的立体结构示意图。 图6是本温差半导体发电装置中下端盖的俯视结构示意图。 图7是图6在A-A处的剖视图。 图8是两个温差半导体模块单元堆叠起来使用的示意图。 图中，1、上端盖；11、冷进口接头；12、冷出口接头；13、冷进口管；13a、主分流支管一 ；13b、从分流支管一 ；14、冷出口管；14a、主分流支管二 ；14b、从分流支管二 ；2、下端盖；21、环形过道；22、内分流通道；23、外分流通道；24、热进口接头；3、温差半导体模块单元；31、冷散热器；31a、管路一 ；311、冷过流通道；311a、冷进流通道；311b、冷出流通道；32、热散热器；32a、管路二 ；321、热过流通道；33、密封槽；4、半导体组件；4a、正负电极接头；5、
导热管。
具体实施例方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，
但本发明并不限于这些实施例。 如图1所示，本温差半导体发电装置包括上端盖1、下端盖2和设置在两者之间的温差半导体模块单元3，上端盖1上设有与冷源连接的冷进口接头11和冷出口接头12，下端盖2的底部为热进口接头24，并在热进口接头24处设有一个一端封闭的导热管5，导热管5的开口端与热进口接头24通过螺纹连接在一起，导热管5内装有超导液。
如图2和图3所示，温差半导体模块单元3由一个或一个以上的冷散热器31和热散热器32由内而外交替套接扩散布置而成，并在交替的冷散热器31和热散热器32之间的间隙处设有若干半导体组件4。本实施例中，温差半导体模块单元3由一个冷散热器31和两个热散热器32组成，其中一个较小的热散热器32布置在中心处，冷散热器31和另一个热散热器32均呈环形，且冷散热器31环绕设置在尺寸较小的热散热器32四周，而另一个热散热器32则环绕设置在冷散热器31四周。相邻两个散热器的夹缝处设有若干个半导体组件4，这些半导体组件4的冷端和热端分别与位于它们两侧的冷散热器31和热散热器32进行热交换。这些半导体组件4可共同连接到一对正负电极接头4a上以输出电流。
冷散热器31和热散热器32上分别设有管路一 31a和管路二 32a。其中，管路一31a由许多贯穿冷散热器31的冷过流通道311组成；而管路二 32a则由许多贯穿热散热器32的热过流通道321组成。其中，冷过流通道311分为冷进流通道311a和冷出流通道311b，如图3所示，冷散热器31上的上边与右边一排的冷过流通道311为冷进流通道311a，作为低温流体的流入通道；而左边与下边一排的冷过流通道311作为冷出流通道311b，作为低温流体的流出通道。 为了增加散热效果，中心处的热散热器32可以不是环状的，这样一来，该热散热器32上的热过流通道321的数量可以适当多设置一些。 各个散热器位于温差半导体模块单元3的两侧端面处均开设有环形的密封槽33，各个密封槽33将与之相对应散热器上的所有冷过流通道311或热过流通道321的进口与出口包围，密封槽33内设有密封圈。 如图4所示，上端盖1内设有冷进口管13和冷出口管14，分别与上述的冷进口接头11和冷出口接头12连接。冷进口管13上设有两根与之连通的主分流支管一 13a，主分流支管一 13a和冷进流通道31 la之间通过若干根从分流支管一 13b连通在一起。从分流支管一 13b的数量与冷进流通道311a的数量相同，且两者一一对应连接在一起。冷出口管14上设有两根与之连通的主分流支管二 14a，主分流支管二 14a和冷出流通道31 lb之间通过若干根从分流支管二 14b连通在一起。从分流支管二 14b的数量与冷出流通道311b的数量相同，且两者一一对应连接在一起。 如图5、图6和图7所示，下端盖2上开设有若干条与上述各个热散热器32的热过流通道321连通的分流通道，分流通道分为垂直设置在下端盖2中心部的若干条内分流通道22和倾斜设置在下端盖2四周的四条外分流通道23，内分流通道22和外分流通道23 的进口端共同连接在热进口接头24上。内分流通道22的出口端与布置在中心处这个热散 热器32的热过流通道321 —一对应连通，而四条外分流通道23则与布置在外围这个热散 热器32四边上的热过流通道321 —一对应连通。 该温差半导体发电装置进行温差发电时，将导热管5的密封端插入到热源中，使 导热管5中的超导液受热膨胀沿内分流通道22和外分流通道23分别充入内外两个热散热 器32的热过流通道321内。利用超导液的快速导热特性，将热源的热量传递至热散热器 32，并通过热散热器32和与之贴合的半导体组件4的热端进行热交换，使半导体组件4热 端的温度升高。热过流通道321的进口端与内分流通道22或外分流通道23连通，而热过 流通道321的出口端被上端盖1所封堵，因此超导液可在一个密封的空间内进行导热。
低温流体是通过将冷进口接头11和冷出口接头12连接到冷源上实现持续供给 的。此处低温流体则没有具体要求，只需温度低于高温流体的温度即可，这里采用普通自 来水，将冷进口接头11接到自来水管路上，利用自来水的供水压力提供液体循环所需的动 力。 低温流体从冷进口接头11通入，通入冷进口管13后分流到两支主分流支管一 13a 中，再通过各主分流支管一 13a上的从分流支管一 13b分别通入到每一个冷进流通道311a 内，穿过冷散热器31的冷进流通道311a后抵达下端盖2上的环形过道21内。待环形过道 21内充满低温流体后，低温流体再从与环形过道21连通的冷出流通道311b流出，经过与冷 出流通道311b —一对应的从分流支管二 14b和主分流支管二 14a后，汇集至冷出口管14， 最终从冷出口接头12流出，这样就完成了往冷散热器31中通入低温流体，再将经过热交换 后升温的低温流体导出的循环工作。 冷散热器31将流通于冷进流通道311a和冷出流通道311b内的低温流体与半导 体组件4的冷端进行热交换，使半导体组件4的冷端温度下降。半导体组件4的冷端和热 端产生温差后，从正负电极接头4a输出电流。可以将正负电极接头4a接到蓄电池上进行 充电，也可以直接接到用电设备上使用。 本温差半导体模块单元3中冷散热器31和热散热器32的数量并不是固定的，在 功率要求较小的领域，可只采用一个冷散热器31和一个热散热器32。在功率要求较高时， 可适当增加冷散热器31和热散热器32的数量。选择一个散热器布置在中心处，其余散热 器依次环绕布置扩散出去，并且这两种散热器交替设置。理论上讲，散热器的布置可以按照 上述的规律无限扩散出去，以适用于某些大功率领域。 如图8所示，还有一种提高功率的方法，就是将一定数量相同的温差半导体模块 单元3在垂直于散热器布置平面的方向依次堆叠起来。堆叠时，各温差半导体模块单元3 中相应位置处的散热器上的冷过流通道311和热过流通道321连通在一起而贯穿两端。相 邻两个温差半导体模块单元3之间的堆叠端面上通过密封圈来进行密封，使同一个温差半 导体模块单元3中不同种散热器之间相互独立，各自流通相应的流体。
本温差半导体模块单元3及各散热器的形状可以是方形、圆形、正多边形等，只需 各散热器的形状符合可依次环绕布置，可无限扩散出去的特性即可。适当的时候可以在温 差半导体模块单元3的外周面喷涂隔热涂层，增加隔热效果。 本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替 代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
权利要求
一种温差半导体发电装置，其特征在于，该发电装置包括一个或一个以上的冷散热器(31)和热散热器(32)，所述的热散热器(32)和冷散热器(31)由内而外交替套接扩散布置，并在它们之间的间隙处设有若干个可进行温差发电的半导体组件(4)，所述的冷散热器(31)上具有流通低温流体的管路一(31a)，热散热器(32)上具有流通高温流体的管路二(32a)，管路一(31a)中的低温流体通过冷散热器(31)与半导体组件(4)的冷端进行热交换，管路二(32a)中的高温流体通过热散热器(32)与半导体组件(4)的热端进行热交换，所述的半导体组件(4)上连接有正负电极接头(4a)。
2. 根据权利要求l所述的一种温差半导体发电装置，其特征在于，所述的冷散热器(31)和热散热器(32)的数量为一个以上，且两者的数量相同或相差为一。
3. 根据权利要求1或2所述的一种温差半导体发电装置，其特征在于，所述的发电装置还包括上端盖(1)和下端盖(2)，上述热散热器(32)和冷散热器(31)由内而外交替套接扩散布置形成温差半导体模块单元(3)，所述的温差半导体模块单元(3)位于上端盖(1)和下端盖(2)之间，上端盖(1)和下端盖(2)上具有与上述各个管路一 (31a)和管路二 (32a)连通的流通管路，所述的流通管路与冷源和热源连接。
4. 根据权利要求3所述的一种温差半导体发电装置，其特征在于，所述的管路一 (31a)由若干条贯穿冷散热器(31)的冷过流通道(311)组成，管路二 (32a)由若干条贯穿热散热器(32)的热过流通道(321)组成。
5. 根据权利要求4所述的一种温差半导体发电装置，其特征在于，所述的流通管路包括冷流通管路和热流通管路，所述的热流通管路设置在下端盖(2)上，包括若干条与上述各个热散热器(32)的热过流通道(321)连通的分流通道，所述的各个分流通道的进口端共同连接在一个热进口接头(24)上；所述的冷流通道包括设置在上端盖(1)的冷进口管(13)和冷出口管(14)，下端盖(2)面向温差半导体模块单元(3)的一侧开设有一环形过道(21)，上述冷过流通道(311)分为冷进流通道(311a)和冷出流通道(311b)这两种，各个冷进流通道(311a)的一端与冷进口管(13)连通，另一端与环形过道(21)连通，各个冷出流通道(311b)的一端与冷出口管(14)连通，另一端同样与环形过道(21)连通。
6. 根据权利要求5所述的一种温差半导体发电装置，其特征在于，所述的热进口接头(24)上连接有一个一端封闭的导热管(5)，导热管(5)的开口端与上述的热进口接头(24)连接，导热管(5)内部装有导热液。
7. 根据权利要求6所述的一种温差半导体发电装置，其特征在于，所述的导热液为超导液。
8. 根据权利要求5或6或7所述的一种温差半导体发电装置，其特征在于，所述的上端盖(1)上设有一冷进口接头(11)和一冷出口接头(12)，冷进口接头(11)与上述的冷进口管(13)连接，冷出口接头(12)与上述的冷出口管(14)连接。
9. 根据权利要求4或5或6或7所述的一种温差半导体发电装置，其特征在于，所述的上端盖(1)和下端盖(2)之间设有一个以上相同的温差半导体模块单元(3)，各个温差半导体模块单元(3)依次堆叠，且相对应各个散热器上的冷过流通道(311)和热过流通道(321)均依次连通在一起。
10. 根据权利要求9所述的一种温差半导体发电装置，其特征在于，所述的冷散热器(31)和热散热器(32)位于相邻两个模块单元堆叠处开设有环形的密封槽(33)，密封槽(33)内设有密封圈'
全文摘要
本发明提供了一种温差半导体发电装置，属于半导体温差发电技术领域。它解决了现有的温差半导体采用的导热技术中导热效果差和成本高的问题。本温差半导体发电装置，包括一个或一个以上的冷散热器和热散热器，热散热器和冷散热器由内而外交替套接扩散布置，并在它们之间的间隙处设有若干个可进行温差发电的半导体组件，冷散热器上具有流通低温流体的管路一，热散热器上具有流通高温流体的管路二，管路一中的低温流体通过冷散热器与半导体组件的冷端进行热交换，管路二中的高温流体通过热散热器与半导体组件的热端进行热交换，半导体组件上连接有正负电极接头。本温差半导体发电装置具有导热效果好，适用范围宽和发电功率高的优点。
文档编号H02N11/00GK101783631SQ20101013797
公开日2010年7月21日 申请日期2010年4月2日 优先权日2010年4月2日
发明者刘至国 申请人:台州弘日光科太阳能科技有限公司