集成热电供能流体热交换器的制作方法

发明背景

1、技术领域

本发明总体上涉及热电设备，尤其涉及集成热电供能流体热交换器。

2、

背景技术：

热电(te)模块，也称为热电致冷器或珀耳帖致冷器，是用作热泵的基于半导体的电子部件。通过向te模块施加低电压dc功率，热量通过该模块从一侧传到另一侧。因此，模块的一面被冷却，而对面同时被加热。这种现象可通过改变所施加的dc电压的极性而反过来。从而，热量以相反方向进行传递。因而，热电模块可用于加热和致冷，从而使其适合精确地控制温度。

在实践中，热电模块通常包括两个以上n型和p型掺杂半导体材料(如碲化铋)制成的元件，其串联电连接和并联热连接。这些热电元件及其电互连通常安装在两个陶瓷衬底之间。衬底将总体结构机械上保持在一起及使各个元件彼此电绝缘和与外部安装表面电绝缘。热电模块具有高达300x300mm(12x12英寸)的大小及0.5-5mm(0.02-0.2英寸)的高度或厚度。有多种不同的形状、衬底材料、金属化图案和安装选择。

热电模块在流体热交换器中通常用作不动的装置，其中散热器或单独的热传送装置与热电模块处于一起。风箱、风扇、泵等流体供应流，用于在散热器和流体之间传送热量。

在典型构造中，电能从分开的电源提供给热电模块。在硬接线因旋转而不可能的旋转装置中，电能通常通过与旋转导体接触的换向器或滑动环提供。旋转导体(滑动环或换向器段)被添加到旋转轴并包括不动的碳刷以传送电能。在其它变型中，碳刷旋转并与不动的导体接触。

技术实现要素：

上面描述的构造具有本发明欲对其进行改进的问题和缺陷。具有热电模块的典型构造包括许多零件、受大小的约束、及受限于流体源的可用性。

在传统旋转装置中，电能通过换向器或滑动环提供给旋转装置，旋转速度因摩擦产生的热量而受限。同样，旋转导致接触件磨损并需要维护，如检查磨损情况和/或更换碳刷。由于活动件之间的摩擦产生的颗粒，清洁和污染也是问题。

因此，需要一种减少或消除活动电连接器及减少对环境的污染的流体热交换器。

本发明的目标在于将热电热交换器和流体移动件集成在单一组件中。

本发明的另一目标在于提高流体热交换器的可靠性。

本发明的又一目标在于将感生的电能传到热电模块。

本发明通过提供将热电模块、散热器和流体移动件或叶轮集成为一体的单一组件而实现这些及其它目标。在本发明的一实施例中，集成流体热交换器包括具有第一叶轮体和第二叶轮体的叶轮组件。每一叶轮体具有实质上圆形的形状并具有贯穿其的至少一开口。第二叶轮体设置成实质上平行于并连接到第一叶轮体，第二叶轮体具有实质上圆形的形状并具有贯穿其的与贯穿第一叶轮体的开口一致的开口。多个第一叶轮叶片从第一叶轮体轴向并远离第二叶轮体延伸。多个第二叶轮叶片从第二叶轮体轴向并远离第一叶轮体延伸。至少一热电模块设置在第一叶轮体和第二叶轮体之间，其中每一热电模块具有第一衬底和第二衬底。第一散热器连接到第一衬底并延伸穿过贯穿第一叶轮体的第一开口，第二散热器连接到第二衬底并延伸穿过第二叶轮体中的开口。

在另一实施例中，集成流体热交换器包括壳体，所述壳体具有第一壳体件、可连接到第一壳体件的第二壳体件及形成第一壳体输入开口、第二壳体输入开口、第一壳体出口部分和第二壳体出口部分。流体热交换器还包括感生功率组件，其包括固定地设置在第二壳体件中并适于连接到ac电源的导电发射器线圈、具有固定地连接到叶轮组件的多个导电绕组的接收器线圈。接收器线圈与发射器线圈实质上对准并与发射器线圈间隔开一气隙，及适于将感生的电流传给热电模块。

在另一实施例中，集成流体热交换器还包括电连接在接收器线圈和热电模块之间的整流电路，其中该整流电路适于基于传自接收器线圈的感生电流向热电模块提供dc电流。

在另一实施例中，集成流体热交换器的每一热电模块环形地定位在第一和第二叶轮体的最外面周边及叶轮叶片之间。

在另一实施例中，集成流体热交换器包括电连接到发射器线圈并适于将高频ac功率传给发射器线圈的振荡器电路。在另一实施例中，集成流体热交换器具有电连接到接收器线圈并与整流电路并联连接的调谐电容器。

在另一实施例中，集成流体热交换器包括电连接到整流电路并与热电模块并联连接的滤波电容器。

在另一实施例中，整流电路包括呈圆周地设置在叶轮组件周围的多个二极管。

在本发明的另一方面，流体热交换方法包括提供包含叶轮组件的流体热交换器，所述叶轮组件包括具有实质上圆形的形状并具有贯穿其的至少第一开口的第一叶轮体；设置成实质上平行于并连接到第一叶轮体的第二叶轮体，其中第二叶轮体具有实质上圆形的形状并具有贯穿其的与第一叶轮体的至少第一开口一致的至少第二开口；多个第一叶轮叶片从第一叶轮体轴向并远离第二叶轮体延伸；多个第二叶轮叶片从第二叶轮体轴向并远离第一叶轮体延伸；至少一热电模块设置在第一叶轮体和第二叶轮体之间，该至少一热电模块具有第一衬底和第二衬底；第一散热器连接到第一衬底并延伸穿过至少第一开口；第二散热器连接到第二衬底并延伸穿过至少第二开口；具有第一壳体输入开口、第二壳体输入开口、第一壳体出口部分和第二壳体出口部分的壳体，其中所述叶轮组件可旋转地设置在所述壳体内；设置在所述壳体中的发射器线圈；及设置在所述叶轮组件上并与发射器线圈间隔开和对准的接收器线圈。所述方法还包括绕中心叶轮轴旋转叶轮组件的步骤，从而将流体抽入第一壳体输入开口和第二壳体输入开口中的每一个并分别通过第一壳体出口部分和第二壳体出口部分中的每一个分发流体。所述方法还包括步骤：将高频ac功率传给发射器线圈以在接收器线圈中感生ac电流；将感生的ac电流转换为dc功率；及将dc功率传给热电模块。在本发明方法的一实施例中，流体为气体如空气。

在本发明方法的另一实施例中，将感生的电流转换为dc功率的步骤包括选择整流电路，所述整流电路具有电连接到桥式整流器并与热电模块并联的滤波电容器。

在本发明方法的另一实施例中，将高频ac功率传给发射器线圈的步骤使用电连接到发射器线圈的振荡器电路执行。

在本发明方法的另一实施例中，振荡器电路为royer振荡器或者collpits振荡器或者其它适当的触发或控制电路。

在本发明方法的另一实施例中，提供叶轮组件的步骤包括：选择具有翼型设计的叶轮叶片的叶轮组件，及选择具有多个先前弯曲设计的散热片或者多个径向弯曲设计的散热片的散热器。

在本发明方法的另一实施例中，提供流体热交换器的步骤包括选择其发射器线圈与接收器线圈间隔开毫米级的距离的流体热交换器。

在本发明方法的另一实施例中，提供流体热交换器的步骤包括选择接近叶轮组件的周围边缘设置的接收器线圈。

在本发明方法的另一实施例中，提供流体热交换器的步骤包括选择具有关于叶轮组件实质上呈圆周分布的多个二极管的叶轮组件，其中所述多个二极管包括桥式整流器。

附图说明

图1为本发明流体热交换器的一实施例的立体图，其示出了第一侧面。

图2为图1的流体热交换器的立体图，其示出了第二侧面。

图3为本发明的叶轮体的立体图，其示出了具有叶轮叶片的外表面。

图4为图3的叶轮体的立体图，其示出了内表面。

图5为图3的叶轮体的立体图，其示为具有热电模块和第二叶轮体的分解组件的一部分。

图6为本发明的具有散热器的热电模块的立体图，其示为分解组件的一部分。

图6a为图6的热电模块的立体图，但没有散热器。

图6b为图6a的热电模块的俯视平面图，为清晰起见，去除了第一衬底层。

图6c为散热器的一实施例的主视图。

图6d为散热器的一实施例的俯视平面图，其示出了向前弯曲的散热器散热片。

图6e为散热器的一实施例的俯视平面图，其示出了径向弯曲的散热器散热片。

图7为本发明的第二叶轮体的立体图，其示出了内表面并示为分解组件的一部分。

图8为图1的流体热交换器的侧视图。

图9为图1的流体热交换器的平面图。

图10为通过图9的线a-a的侧截面图，其示出了图1的流体热交换器组件。

图11为本发明的流体热交换器的立体图，其被图示在壳体内。

图12为离心式风扇或风箱的多种不同的常见风扇叶片设计的示意性图示。

图13为本发明流体热交换器的另一实施例的立体图。

图14为本发明的第一侧壳体的一实施例的立体图，其示出了内表面。

图15为本发明的第二侧壳体的一实施例的立体图，其示出了具有发射器线圈的内表面。

图16为包括t形分隔板的第一叶轮体的一实施例的立体图。

图16a为本发明的叶轮组件的截面示意图，示出了分隔环及对应的分隔环开口。

图17为本发明的流体热交换器的截面图，示出了壳体及具有分隔环的叶轮组件。

图18为本发明的感生功率组件的一实施例的接线示意图。

图19为本发明的感生功率组件的一实施例的部件的分解立体图。

图20为本发明的第二侧叶轮组件的一实施例的立体图，其示出了接收器线圈与叶轮体上径向向外位置的散热片径向对准。

具体实施方式

图1-20示出了本发明的优选实施方式。图1示出了本发明的流体热交换器10的一实施例的立体图。流体热交换器10包括流体移动组件或叶轮组件20及具有多个散热器250的热电模块200(如图6中所示)。该实施例将热电模块200、叶轮组件20和散热器250集成为单一装配装置，其构造成在延伸到毂30中的孔30a内或延伸穿过该孔的轴(未示出)上旋转。每一散热器250具有多个散热片251。

叶轮组件20包括第一侧叶轮组件13和第二侧叶轮组件101。一个或多个热电模块200夹在第一叶轮体22和第二叶轮体100之间。多个散热器250附着到每一热电模块200或者与其整体形成，优选在热电模块200的第一侧202和第二侧204上具有至少一散热器250(如图6中所示及如下所述)。

第一叶轮体22具有连接到第一叶轮体表面22a或者从第一叶轮体22按实质上垂直的方向延伸到第一叶轮体表面22a的多个第一叶轮叶片24。第一叶轮叶片24与毂30呈环状间隔预定距离。在一实施例中，第一叶轮体22具有十八个第一叶轮叶片24。在另一实施例中，第一叶轮体22具有十六个叶轮叶片24。只要适合所希望的流体流和热传递效应，可选择其它数量。在一实施例中，每一叶轮叶片24具有优选朝向旋转方向28的凹面26以更有效率地使流体如空气移动通过或跨越散热器250。

现在参考图2，该立体图示出了叶轮组件20的第二侧14的一实施例。与第一叶轮体22类似，第二叶轮体100具有连接到第二叶轮体表面100a或者自第二叶轮体表面100a按实质上垂直的方向延伸的多个第二叶轮叶片102。第二叶轮叶片102与毂30呈环状间隔预定距离。在该实施例中，第二叶轮体100具有三十个第二叶轮叶片102。已发现十六个第二叶轮叶片102相较于三十个第二叶轮叶片102具有优点，如重量减轻、气流更安静等。只要适合所需要的流体流和热传递效应，可选择其它数量。在一实施例中，每一叶轮叶片102具有朝向远离旋转方向28的方向的凹面104以使流体如空气更有效率地移动通过或跨越散热器250。在一些实施例中，第二叶轮叶片102具有与散热器250的高度一样或比其低的高度。这些实施例的优点在下面结合图12的实施例中更清楚地阐释。第二叶轮体100具有第二毂120，其具有接收轴(未示出)的第二孔120a。在一些实施例中，毂30的孔30a与第二毂120的第二孔120a连通。可以预见，第一和第二叶轮体22、100在每一侧可具有不同数量的叶轮叶片24、102或者可具有相等数量的叶片，及上面列出的叶片数不意于限制。在其它实施例中，叶轮叶片24、102分别具有与散热器250的高度一样或比其低的高度32、106。还应当理解，叶轮叶片可具有任何形状，只要其横切叶轮体并实现空气跨散热器250移动即可。进一步应当理解的是，叶轮叶片高度可变。在一实施例中，多个第一和第二叶轮叶片24、102与毂30呈环状间隔第二预定距离。在另一实施例中，多个第一和第二叶轮叶片22、102从毂30径向延伸。还可以预见，第一和/或第二叶轮叶片24、102可与毂30间隔开，同时其余第一和/或第二叶轮叶片22、102自毂30径向延伸。

现在参考图3，示出了具有毂30和第一叶轮叶片24的第一叶轮体22的俯视立体图。第一叶轮体22大致平坦并具有外表面34。第一叶轮体22具有通过桥段37连接到外环35的、大致圆形形状的内区域33，其中桥段37在内区域33和外环35之间径向延伸。外环35具有外伸周围边缘36，其在与第一叶轮叶片24(如向上)相反的方向(如向下)延伸。第一叶轮体22具有径向延伸穿过其的多个开口40，优选为弧形，及由内区域33、桥段37和外环35形成边界。多个开口40也称为环形开口，其位于距第一叶轮体22的中心第一预定距离处。在所示实施例中，第一叶轮体22具有多个开口40，这些开口可标记为第一、第二、第三和第四环形开口。可以预见，桥段37相对于开口40可比所示更窄或更宽，或者可整个消除而改变第一和第二叶轮体22、100的配合。

在一实施例中，第一叶轮体22具有四个开口40a-40d，平面34的四个扇形体38a-38d的每一个中具有一开口40，四个桥段37之间具有均匀的环形间隔。每一开口40a-40d优选距外表面34的中心46在第一半径42和第二半径44之间延伸并具有约80度的弧宽度48。开口40a-40d的大小和构造允许散热器250延伸穿过。在其它实施例中，可使用更多或更少的开口40，如第一叶轮体22周围均匀间隔开的多个实质上正方形或矩形的开口40，用于接收实质上正方形或矩形的热电模块200。

现在参考图4，其示出了第一叶轮体22的内表面52的立体图。环形第一衬底凹槽54设置在内表面52上并包围开口40a-40d及桥段37。第一衬底凹槽54的大小和构造适于接收热电模块200的第一衬底202，其在下面结合图6进行描述。非必须地，内表面52包括一个或多个另外的用于将第一叶轮体22连接到第二叶轮体100的特征。这些另外的特征例如包括锁紧环、扣件开口、扣件柱、支座柱或元件、及本领域已知的用于第一叶轮体22和第二叶轮体22之间卡扣接合的结构。这些非必需的特征可类似地包括在下面描述的第二叶轮体100的内表面110上。支座柱或元件可战略性地放置成向热电模块200提供另外的强度。

图5、6和7作为组图示出了具有第一叶轮体22的叶轮组件20、具有散热器250的热电模块200、及第二叶轮体100的部件的分解立体图。第一叶轮体22已在上面描述。每一散热器250具有多个散热片251。在一实施例中，散热片251与叶轮组件20的周围边缘36间隔开预定距离。在另一实施例中，散热片251与叶轮组件20的周围边缘36实质上对齐。

现在参考图6，其示出了具有散热器250的热电模块200的一实施例的立体图。四个热电模块200的组装形成实质上环形的形状，在每一热电模块200的第一衬底202和第二衬底204之间设置有半导体层206。换言之，每一热电模块200形成一弧形。半导体层206包括串联电连接的多个n型和p型半导材料。例如，相邻的n型和p型材料与铜连接器连接从而形成n-p和p-n结的平面阵列。第一衬底202和第二衬底204中的每一个连接到半导体层206的两侧以结构上将多个n-p和p-n结保持在一起。第一衬底202和第二衬底204还将热量从半导体层206传到散热器250。第一衬底202和第二衬底204优选由电绝缘材料制成，且优选导热材料，如陶瓷、环氧、聚酰亚胺等。如图所示，在散热器250之间有与桥元件37一致的空间222。非必须地，空间222可包括阻挡件(未示出)以阻挡空气流过空间222。在空间222中包括非必需的阻挡件的优点在于将导致所有气流均可调节。

散热器250具有四个按间隔开的径向定向分别热连接到第一衬底202的散热器部分250a-250d，及热连接到第二衬底204的四个散热器部分250e-250h。每一散热器部分250a-250h具有多个散热片251。

现在参考图6a，为清晰起见，示出了没有散热器250的热电模块200。第一衬底202包括四个弧形部分202a-202d。第二衬底204包括四个完全分开的弧形部分204a-204d，在该实施例中，其长度相较于弧形部分202a-202d更短以提供用于电连接的空间。在第一衬底202和第二衬底204的每一个中可使用更多或更少的部分。与第二衬底204类似，半导体层206具有设置在衬底202和204之间并分别与弧形部分202a和204a、202b和204b、202c和204c、202d和204d一致的四个完全分开的区域或部分206a-206d。

在一实施例中，第一衬底202和第二衬底204在第三(内)半径210和第四(外)半径212之间具有相等的径向宽度208。第二衬底部分204a-204d具有跨约80度的衬底弧长213。图6a为仅第二衬底204和半导体层部分206a-206d的平面图，为清晰起见，去除了第一衬底202。半导体层部分206a-206d中的每一个具有第五(内)半径216和第六(外)半径218之间的第三径向宽度214，其中第五半径216等于或大于第三半径210，及第六半径218等于或小于第四半径212。半导体层206的部分206a-206d具有等于或小于衬底弧长213的半导弧长220。因而，半导体层206的每一部分206a-206d分别位于第二衬底204的每一部分204a-204d的边界内。可以预见，衬底的大小和构造可一样，具有从热电模块内的两衬底的周边向内凹的电连接。

如图6c中所示，例如，在一实施例中，散热器250的每一散热器部分250a-250h为实质上具有重复的方波的形状的折叠金属带，其形成每一散热片251。每一散热片251具有相邻的竖部252，其一端253连接到第一水平部分254及第二端255连接到第二水平部分256。其它形式的散热器250也可接受，例如具有从底座延伸的多个散热片或突出部并通过金属注模或本领域已知的其它方法制成的散热器(未示出)。尽管示为具有平坦侧面，散热器250也可成形为非常像叶轮的弯曲样式。图6d和6e分别示出了向前弯曲设计和弯曲的径向设计。在图6d中，向前弯曲的设计意味着散热器的每一散热片具有给定径线上最靠近中心旋转轴的端部(即近端)，同时，同一散热片的远端在不同的径线上。在图6e中，弯曲的径向设计意味着散热器的同一散热片的近端和远端将在自中心旋转轴的同一径线上。

散热器250使用导热粘合剂、焊锡或铜焊粘附或连接到热电模块200的第一衬底202和第二衬底204。用于将热电模块200粘到热交换器250的方法依赖于第一衬底202和第二衬底204的适当表面。例如，铜层压薄片或者金属化陶瓷衬底可与锡焊或铜焊一起使用。散热器250或其它热传递部件也可与第一衬底202和/或第二衬底204一体形成或者与其机械连接。还可以预见，第一和第二衬底202、204可直接与散热器250接合(即没有粘合剂、焊锡或铜焊)。

现在参考图7，其示出了第二叶轮体100的一实施例的内表面的立体图示。与第一叶轮体22类似，第二叶轮体100具有大致圆形的第二内区域112及通过多个第二桥段116连接到第二内区域112的第二外环114。第二叶轮体100具有多个第二开口122，优选四个扇形体124a-124d的每一个中设置一个开口122，在第二桥段116之间具有均匀的环形间隔，其与第一叶轮体22的开口40对准。每一第二开口122优选在自第二叶轮体100的中心130的第七(内)半径126和第八(外)半径128之间延伸。第七半径126和第八半径128优选分别与第一叶轮体22的第一半径42和第二半径44一样。优选地，每一第二开口122具有跨约80度的第二弧宽132。第二开口122的大小和构造使散热器250如250e-h能延伸穿过。与第一叶轮体22类似，在第二叶轮体100中可使用更多或更少的第二开口122。

包围每一第二开口122的是衬底凹槽134，其大小适于接收第二衬底204。在组装后，每一第二衬底204的边缘占用衬底凹槽134，所连接的散热器250延伸穿过第二开口122。第一叶轮体的桥段37和第二叶轮体的第二桥段116与第一衬底202间隔开以补偿热电模块200的热扩散。凹槽134用于防止热电模块相对于第二叶轮体100(同样及第一叶轮体22)旋转。在第二衬底204延伸到彼此接近但仍隔开以补偿热电模块200的热扩散或者凹槽134不是叶轮体的结构特征的实施例中，非必须地，可增加其它结构如夹子、紧固件或者突出部以防止热电模块200相对于叶轮组件20旋转。第二叶轮体100具有自外表面108延伸的多个第二叶轮叶片102(看不见)。第二毂120设置在外表面108上，优选处于第二叶轮体100的中心130。第二外环114具有在与(如向下延伸的)叶轮叶片102相反反向(如向上)延伸的第二周围边缘136。

现在参考图8，其示出了流体热交换器10的叶轮组件20的一实施例的侧视图。在所示实施例中，第一叶轮体22的周围边缘36成形和构造为与第二叶轮体100的第二周围边缘136重叠、接合和/或锁定以将第一叶轮体22连接到第二叶轮体100。散热器250延伸穿过第一叶轮体22和第二叶轮体100。尽管在该实施例中，第一叶轮叶片24示为从第一叶轮体延伸超过散热器250，及第二叶轮叶片102示为从第二叶轮体延伸超过散热器250，已发现在第一和第二叶轮叶片24、102等于或小于散热器250的高度时气流和运行安静可优化。第一毂30和第二毂120分别从第一和第二叶轮体的平面22、100横向延伸。

现在参考图9，示出了叶轮组件20的一实施例从第一侧12看的平面图。第一叶轮叶片24从内区域33的外表面34延伸并朝向内区域33的径向向外部分33a设置，优选接近开口40和散热器250。希望在叶轮叶片外边缘24a和散热器内边缘251之间的空间相当小。该小空间23用作帮助均匀气流通过散热器250的高压空间。

现在参考图10，沿图9的线a-a的截面图示出了第一叶轮体22的部分、第二叶轮体100、及具有散热器250的热电模块200。第一衬底202被接收在第一叶轮体22的第一衬底凹槽54中。第二衬底204被接收在第二叶轮体100的凹槽134中。半导体层206位于第一叶轮体22和第二叶轮体100之间的间隙180中。第一叶轮体22的周围边缘36和第二叶轮体100的第二周围边缘136彼此重叠、互锁或接触并构造成形成间隙180。间隙180优选在第一和第二叶轮体22、100的实质部分之间延伸。在一实施例中，周围边缘36从第一叶轮体的外环35横向(如向下)延伸并形成大小适于接收第二周围边缘136的狭槽或凹槽50。第二周围边缘136从第二外环114(如向上)横向延伸并安装到凹槽50内。非必须地，第一周围边缘36具有锁钩36a，其与第二周围边缘136接合以将第一叶轮体22和第二叶轮体100锁紧在一起。

感生功率由感生电流通过第一叶轮体22和第二叶轮体100之间的间隙180中的电流输送导体或者导线绕组400而产生。在一实施例中，导线绕组400设置在第一叶轮体的外环35或者第二叶轮体的第二外环114中。通过使导体通过第一叶轮体22和第二叶轮体100之间的间隙180形成到热电模块200的电连接406、408。磁场由磁极片402(如图11中所示)提供，其在下面结合图11进行描述。

现在参考图11，示出了包括设置在壳体350内的叶轮组件20的流体热交换器10。壳体350具有设置有第一侧板开口354的第一侧板352、设置有第二侧板开口358(看不见)的第二侧板356、设置有分隔器开口362(看不见)的分流板360、及在第一侧板352、第二侧板356和分流板360之间延伸并将其连接的侧壁364。分流板360优选与周围边缘36(图3中示出)和第二周围边缘136(图7中示出)对齐以使第一流体流370(如冷却的流体)和第二流体流372(如加热的流体)分开。优选地，分隔器开口362的大小正好大于叶轮组件20以使第一流体流370和第二流体流372的混合最小化。尽管上面描述的感生功率可用于对热电模块200供能，但其需要大得多的电动机或者原动机来抵消来自这样的结构的emf(电磁力)才能驱动叶轮组件20。更好的备选方案在下面结合图18-20进行描述。

在另一实施例中(未示出)，壳体350具有包括第一侧板及侧壁364的一部分的第一部分和包括具有侧壁364的第二部分的第二侧板356的第二部分。第一部分和第二部分沿侧壁364的配合部分连接在一起并形成适于接收分流板360的狭槽或沟槽。还可以预见，分流板360可模制、打印或者制成壳体350的第一和/或第二侧板352、356的一部分。

壳体350设计成使第一流体流370能通过第一侧板开口354吸入及使第二流体流372能通过第二侧板开口358吸入。叶轮组件20的每一侧产生压差，其导致流体跨散热器250移动及作为第一排气流374流过第一出口376和作为第二排气流378流过第二出口380。因而，流体热交换器10适合冷却灵敏的电子外壳、计算机机箱、冷却箱、冰箱箱体、橱柜、或者密封或清洁系统。流体热交换器10也可用于将调节的流体源(如第一流动流370)导向负载，同时转移废热远离该负载。这种装置还适合用作闭环热交换器系统的组成部分。当热电模块200被加电时，跨散热器移动的流体或被加热或被冷却，取决于所提供电压的极性。也可以预见，可使用单一壳体输入开口，代替具有第一和第二侧板开口354、358。例如，壳体350可包括单一径向输入开口以接收流体流370，其之后在内部分开以将该流体流呈现给叶轮组件的每一侧。在另一例子中，第一和第二叶轮体具有与毂30相邻的多个开口，毂30使来自第一侧板开口354的流体流不仅能移动通过第一叶轮体22的散热器250，而且能通过第一和第二叶轮体22、100到达叶轮组件20的第二侧14，从而跨第二叶轮体100的散热器250移动输入流体流。

在另一实施例中，散热器250构造为叶轮叶片24和/或102或者连接到叶轮叶片24和/或102以增加热传递。使用散热器250作为叶轮叶片减少与具有散热器的标准热电装置相关联的压力下降和效率损失。结果是更多流体流到计划的接受者。本发明的叶轮组件20将主流体流(如第一流体流370)和废流体流(如第二流体流372)引入同一相当紧凑的双边旋转叶轮内。相较于在主流体流(如冷侧)和废侧流体流(如热侧)之间拆分的单一流体源，该设计通过提供两个个别的流体流进一步增加流体流动。增加的流体流动导致总热传递更大。相较于现有技术设计，流体热交换器10的构造技术除提高性能之外还消除了许多成本和可靠性问题。应注意，指定冷侧作为主流及热侧作为废流并非限制。根据优选应用，热侧可以是主流体流。

流体热交换器10在连接到或延伸穿过毂30和第二毂120并由电动机或其它原动机驱动的轴(未示出)上旋转。非必须地，如果必要，无刷电机(未示出)可与流体热交换器10一起使用。可以预见，大多数应用将使用单独的原动机以简化设计。

磁场由设置在壳体350中的磁极片402提供。磁通量可从小的永久磁铁或者通过卷绕的磁极片提供，其中磁通强度受可变励磁电流控制。在一实施例中，磁极片402设置在分流板360之上或之中，其邻近周围边缘36和第二周围边缘136。在一实施例中，磁极片402沿分流板360的分隔器开口362的边缘设置。作为备选，磁极片402设置在壳体350中或者壳体350的外面，取决于设计参数和限制条件。例如，非必须地，导线绕组400可位于叶轮组件20上高于散热器250之处。另外，导线绕组400可位于叶轮组件20上的多个位置以提供多个感生功率源。叶轮组件20中的导线绕组400，其通过整流器404(未示出)连接到热电模块，通常放在外环35和/或第二外环114之间的间隙180中并非常接近磁极片402。随着导线绕组400移动通过磁场，在导体中感生电流，电能被提供给热电模块200。所施加的电流量将取决于绕组数、旋转速度和磁场强度。

叶轮组件20可由多种材料制成，包括塑料、导电塑料、铝、钢或者适合特定应用的任何其它材料。为了高容量和较低成本，第一叶轮体22和第二叶轮体40的优选材料为注模塑料。根据流体、性能和成本考虑，其它应用可受益于材料替代。

本发明的流体热交换器10的另一实施例结合图12-20进行描述。已发现，叶轮叶片24和散热器250的散热片可构造、组合或改变以实现特定应用所需要的流体流条件，无论其是具有高静态压力的高流体流动或者具有低噪声的温和流体流动。

图12示出了常见叶片设计的纵向截面图，包括翼型设计501、向后弯曲设计502、向后倾斜设计503、径向尖端设计504、向前弯曲设计505和径向叶片设计506。风扇叶片501a、502a、503a、504a、505a、506a被分离示出以图示叶片的轮廓，还示为组装在离心式风扇501b、502b、503b、504b、505b、506b中。翼型设计501为最有效率的设计并具有相当低的噪声。

例如，使用具有效率高的翼型设计的叶轮叶片24与具有如图6b中所示的向前弯曲构造的折叠散热片散热器组合提供相当高的静态压力及具有低噪声电平的容积流量。翼型叶轮叶片24产生适度高的气流到折叠散热片散热器250的入口部分。这样的叶轮叶片24提供足够的流体流动，而没有过高的压力，过高压力可导致部分绕过散热器250。换言之，气流绕过意味着叶轮叶片24产生的气流将被迫在散热器250上方移动而不是通过散热器250。该构造的叶轮叶片24也为径向风箱的最安静的设计之一。折叠散热片散热器的向前弯曲方案进一步在建立静态压力的同时产生该气流。

由于翼型叶轮叶片24和向前弯曲折叠式散热器250的组合，流体热交换器10安静地将空气或流体传到散热器250，具有最小或减小的涡流，及没有导致流体绕过散热器250的过高压力。该组合还使散热器250能放大流体流动并产生出口流体流的升高的静态压力。为了最佳效率和避免散热器上方的旁通流，必须坚持确保(来自叶轮叶片24的)第一阶段流发展不超过(跨/通过散热器250的)第二阶段流体流动的压力或流量容量。

现在参考图13，示出了壳体350’内的流体热交换器10’的另一实施例。壳体350’具有第一壳体件403和第二壳体件404。在一实施例中，第一壳体件403具有包括第一壳体输入开口408的第一壳体主体406和从第一壳体主体406横向延伸到第一壳体凸缘412的第一壳体侧壁410。第一壳体件403还具有第一壳体出口部分413。类似地，第二壳体件404具有包括第二壳体输入开口416(如图15中所示)的第二壳体主体414和从第二壳体主体414横向延伸到第二壳体凸缘420的第二壳体侧壁418。第二壳体件具有第二壳体出口部分422。

第一和第二壳体件402、404可沿第一和第二壳体凸缘412、420彼此连接或固定，叶轮组件20被容纳在壳体350’内。第一和第二壳体主体406、414的内和外表面可具有实质上平坦的轮廓、圆顶轮廓或者适合所需流体流动和/或叶轮组件20的轮廓的其它轮廓。如图13中所示，第一和第二壳体出口部分413、422自壳体350’按同一方向一起延伸。然而，可以预见，第一和第二壳体出口部分413、422可按彼此不同的方向延伸。例如，冷却的流体按一方向离开第一壳体出口部分413，而加热的流体按与冷却的流体成180度的方向离开第二壳体出口部分422。

与上面描述的实施例一样，壳体350’设计成使第一流体流370能通过第一壳体输入开口408吸入及使第二流体流372能通过第二壳体开口416吸入。叶轮组件20的每一侧产生压差，其导致流体跨散热器250移动并作为第一排气流374流过第一壳体出口部分413和作为第二排气流378流过第二壳体出口部分422。

现在参考图14，其示出了第一壳体件403的内表面的立体图。如上提及的，第一壳体件403具有设置有第一壳体输入开口408的第一壳体主体406、延伸到第一壳体凸缘412的第一壳体侧壁410、和第一壳体出口部分413。非必需的凸缘突出部424用于使用紧固件将第一壳体件403连接到第二壳体件404。

现在参考图15，示出了第二壳体件404的内部的立体图，其包括设置有第二壳体输入开口416的第二壳体主体414、第二壳体侧壁418、第二壳体凸缘420、凸缘突出部424、和第二壳体出口部分422。安装支架426在第二壳体输入开口416内连接到第二壳体主体414。安装支架426用于使壳体350’与电动机或原动机428连接。

第二壳体主体414具有从其内表面414a向内延伸并定位成与散热器250对准的挡环430。挡环430减少或防止流体(如空气)绕过流体热交换器10的第一侧12(如冷却或主侧)上的散热器250或者在其上方流动。绕过散热器250的流体流已发现有害，因为周围的流体(如空气)与流出散热器250的冷却流体混合，从而减小热交换器10的温度差。挡环430用作定位成与散热器250对准并与其非常接近的罩。由于挡环430和散热器250之间的空间减小，挡环430导致流体流过散热器250的散热片，而不是在散热片上方或附近流过。挡环430具有环形形状并可连接到第二壳体件404或与其一起形成。在一实施例中，第二壳体主体414具有形成挡环430的轮廓。在另一实施例中，挡环430为单独的部件，其连接到第二壳体主体414的内表面414a。发射器线圈502固定地连接到第二壳体件404的内表面414a并在流体热交换器10’运行期间固定不动。在一实施例中，发射器线圈502与内表面414a相邻定位在挡环430和侧壁418之间。

现在参考图16，示出了第一叶轮体22的另一实施例，其包括作为周围边缘36的一部分的环形分隔环440。流体热交换器10的主(冷)和废(热)侧之间的传统密封技术由于流体从第二侧(如废/热侧)迁移到第一侧(如主/冷侧)而导致性能降级。为使该流体传递最小化，流体热交换器10的实施例包括分隔环440，其在叶轮组件20的圆周附近在第一侧12(如冷侧)和第二侧14(如热侧)之间延伸。分隔环440具有t形截面，其具有环形部分444和径向部分446，同样如图16a中所示。分隔环开口448可非必须地具有也为t形的截面形状。分隔环440在第一和/或第二壳体件402、404形成的相应分隔环开口448内旋转。当分隔环440和分隔环开口448均具有t形截面时，该组合从而形成具有多个方向变化的迂回的流体流动通路，及分隔环440及第一和第二壳体件402、404之间的余隙最小化。因此，分隔环440产生大的静态压力降并使叶轮组件20的第一侧12和第二侧14之间的流体流最小化。还示出了多个气流护罩22a，其防止气流跨相邻散热器250之间的桥段37移动。

图16a示出了第一叶轮体22的一部分的截面图，其中桥段37延伸到具有分隔环440的周围边缘36。如上所述，该实施例中的周围边缘36包括径向延伸并连接到环形部分444的径向部分446。因而，周围边缘36形成具有t形截面的环形分隔环440。分隔环440和对应的分隔环开口448可具有其它形状，如y形、楔形或者其它截面形状。然而，为了最好的性能，周围边缘36的截面形状及对应凹槽448的形状限制、最小化或者实质上防止第一侧12和第二侧14之间的流体流。

现在参考图17，该截面图示出了第一叶轮体22、第一壳体件403和第二壳体件404。在图17的上部和下部附近，t形分隔环440被示为延伸到对应的由第一壳体件403和第二壳体件404形成的分隔环开口448内。该图中还清楚地示出了分别远离内表面402b、404b延伸的环形脊402a和404a，朝向叶轮组件20(为清晰起见，未示出第二壳体件404中的叶轮组件)的预定距离足以防止来自叶轮叶片24、102的气流绕过散热器250。已发现，将环形脊402a延伸到超出散热器250的顶面252使所述的任何旁路气流有效地最小化或者消除。对于环形脊404a，可以预见，任何旁路气流具有最小影响，因为其表示热电模块200的“废”侧，甚至可具有有利的优点，即可能冷却位于其中(如果需要)及下面描述的谐振磁感应电路。环形脊402a、404a的另一优点在于它们向壳体350的第一侧板352和第二侧板356增加一些刚性。

现在参考图18，其示意性地示出了感应功率组件500的一实施例，称为谐振磁感应。感应功率组件500包括振荡器电路518、发射器线圈502、接收器线圈504、调谐电容器514、热电模块200、和具有二极管510和滤波电容器516的整流电路511。发射器线圈502具有电连接到振荡器电路518的发射器线圈第一端502a和发射器线圈第二端502b。接收器线圈504与发射器线圈502分隔开并具有电连接到第一整流电路输入511a的接收器线圈第一端504a和电连接到第二整流电路输入511b的接收器线圈第二端504b。调谐电容器514电连接在接收器线圈第一端504a和接收器线圈第二端504b之间。热电模块200具有电连接到第三整流电路输入511c的第一模块输入200a和电连接到第四整流电路输入511d的第二模块输入200b。滤波电容器516电连接在第一和第二模块输入200a、200b之间。发射器线圈502、接收器线圈504、线圈托盘506、二极管510和相应的连接在图19中按分解立体图示出。线圈托盘506具有横向延伸到线圈托盘506的平面的二极管热护罩508，其中电连接到接收器线圈504的二极管510被接收在二极管热护罩508的朝向外面的那一侧上。振荡器电路518是向发射器线圈502提供高频ac功率从而产生磁场519的远程电源。在一实施例中，振荡器电源518为royer或collpits振荡器电路或者其它适当的触发或控制电路。当接收器线圈504放在磁场519内时，磁场519在接收器线圈504中感生交流电流。整流电路511如全波桥式整流器将接收器线圈504中的交流电流转换为直流电流。该dc电流对热电模块200进行供电。与热电模块200并联连接的滤波电容器516减少了来自整流电路511的dc电流输出中的波动。非必需的调谐电容器514用于设定谐振频率和与热电模块200的电压/电流关系。

现在参考图20，该后向立体图示出了第二侧叶轮组件101的一实施例，其具有第二叶轮体100(如废侧叶轮)和用于谐振磁感应的感应功率组件500的元件。在一实施例中，接收器线圈504被接收在非必需的线圈托盘506中，其连接到第二叶轮体100。在其它实施例中，线圈托盘506从感应功率组件500省略。在一实施例中，线圈托盘506固定地连接到第二叶轮体100使得二极管热护罩508连接到第二叶轮体100上的气流护罩100a。第一叶轮体22和第二叶轮体100中的每一个分别具有多个气流护罩22a和100a，其防止气流跨相应的第一和第二叶轮体22、100上的相邻散热器250之间的桥元件37移动。

该系统的发射器线圈502位于第二壳体件404(即废侧壳体)中并与位于旋转的第二侧叶轮组件101上的接收器线圈504仅仅隔开几毫米。发射器线圈502和接收器线圈504的相对位置受线圈大小和频率影响，且对感应耦合和发电效率很重要。对于接收器线圈504定位成与第二叶轮体100上的部件相邻，已发现接收器线圈504因明显加热第二排气流378和其它部件而降低总性能。该不合需要的热传递的明显改善通过将接收器线圈504移到第二叶轮体100的径向向外部分如相邻的第二周围边缘136和/或与散热器250径向对准而实现。在该径向向外的位置，接收器线圈504不会有效地将热量传到第二叶轮叶片102，因此不会使流体热交换器10’的性能降级。散热器250和接收器线圈504(和/或线圈托盘(当存在时))之间的小气隙防止或减少热量从接收器线圈504传到散热器250，同样使冷却流体(如空气)能跨接收器线圈504流动以从那里散热。

还已确定，来自位于居中设置的第二毂120中或与其相邻的电容器510的热量因热传递到其它元件类似地使流体热交换器10’的性能降级。为减少该性能降级，电容器510位于第二侧叶轮组件101的径向向外位置，前述二极管热护罩508连接到接近第二周围边缘136定位的气流护罩100a。在第二叶轮体100的圆周上或附近的该径向向外位置，来自电容器510的热量传到第二排气流378(如废气流)并通过其散发。因此，来自电容器510的热量不会明显影响流体热交换器10’的总冷却性能。

可以预见，叶轮叶片和/或交换器散热片的构造和数量取决于流体热交换器10’的所希望的用途。如果流体热交换器10’构造成在叶轮体的两侧具有同样数量的叶轮叶片，则叶轮叶片将推动同样量的空气通过两侧，取决于下游配置。然而，如果想要尽可能多地冷却第一排气流374的流体且流动容量不是问题，则较少的叶片将放在流体热交换器10’的第一侧12(如冷侧)。第二侧14(如热侧)相较第一侧12(如冷却侧)将接收更多气流。第二侧14(如热侧)被冷却得越多，第一侧12(如冷侧)可实现的温度越低。减少跨第一侧12(如冷侧)的流体流使热传递到第一排气流374的时间更多，导致第一排气流374的流体温度较低。

尽管本发明的优选实施方式已在此进行描述，上面的描述仅是说明性的。相应技术领域的技术人员可对在此公开的发明进行进一步修改，所有这些修改均视为在所附权利要求限定的发明范围内。