專利名稱：分體式熱電偶制冷和發電技術的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種分體式熱電偶制冷和發電技術，屬于半導體電子應用領域。
目前，利用熱電效應制冷和發電的核心器件熱電偶或熱電偶堆，在制造工藝上普遍采用在一對熱電材料(P型材料和N型材料)的兩端連接以金屬導體(通常是銅)，并在其中一端金屬導體間接入電源的方式制成，由于熱電材料價格昂貴和其機械強度比較低，通常在長度上做的都很短。近幾年，電子制冷技術異軍突起，大有替代機械壓縮制冷的趨勢，原因在于電子制冷有很大的優點，它不使用制冷劑，不污染環境，無噪音、無磨損、體積小、重量輕，運行可靠、維護方便，可只冷卻一專門的元件或特定的面積。對于熱電效應發電的應用，其優點在于從熱能到電能的生成中間沒有了機械能的轉化過程，同樣具有無噪音無磨損，運行可靠維護方便和體積小、重量輕的特點。但是，就電子制冷方面這種技術只是用于特殊的局部制冷，并沒有被用于大功率的家用電器。其原因在于(1)在熱端和冷端之間存在熱傳導；(2)熱電偶熱端的熱量不能及時有效地散失。
由于熱電材料在長度上做的都很短，故熱傳導效應十分顯著，這部分傳導熱能需要額外的電能做功將其運輸到熱電偶熱端，而這部分電能最終又以熱能的形式在熱端集聚。同時熱端和冷端直接由熱電材料連成整體，由于受整體安裝空間的限制，致使熱端散熱裝置難以匹配和安裝。這種熱能的劇增結果致使制冷熱電偶元器件制冷效能銳減，而無法實現目前家用制冷電器的機械壓縮制冷效果。
對于熱電偶發電器，其發電前提是必須在PN端(電流從P到N)和NP端(電流從N到P)之間建立溫差。但由于熱傳導的存在，致使兩端溫差在很短的時間內消除，所以在現實應用中連小功率的熱電偶發電器也不易實現。
本發明的目的是提供一種無熱傳導負面效應影響的熱電偶制冷和發電技術，將冷熱兩端有效分離，使熱電制冷和發電技術更趨實用化。
為了實現上述目的，本發明將目前的熱電偶結構從整體式改為分體式。所謂分體式熱電偶就是在直接連接冷熱兩端的半導體熱電材料中間接入導線，擴大冷端和熱端的距離。根據現在的實驗證明，在溫差電路中引入第三種材料(連接片和導線)不會改變電路的特性，所以在同種熱電材料中間引入導線也不會改變原熱電偶的制冷和發電特性。
熱電偶冷熱兩端被導線有效分離后第一.完全消除掉冷熱兩端熱傳導給熱電偶制冷和發電性能帶來的負面影響。
第二.使冷熱兩端的安裝更自由，可以實現遠距離安裝。
用這種方法制成的分體式熱電偶制在冷時，根據熱電偶制冷產冷量公式Q0＝Qp-Qhc＝αabTcI-1/2I2R-KΔT其中的傳導熱KΔT部分就會被消除掉，使熱電偶制冷產冷量公式變為Q0＝Qp-Qhc＝αabTcI-1/2I2R所以對于相同的產冷量分體式熱電偶消耗電量少一些，在熱端的產熱量也就少一些，從而使熱電偶制冷效果和性能得到提高。另一方面，冷端和熱端不再是一個整體，可以實現遠距離自由裝配，使熱端的散熱裝置更易匹配。這種分體式熱電偶制冷技術使大功率家用制冷器如電子制冷空調，電子制冷冰箱等成為可能。當用此技術制成的熱電偶用于發電時，熱電偶的兩端可以放的很遠，不會再有熱傳導的負面影響，使其在恒定的溫差下正常工作。這種分體式熱電偶發電技術使野外篝火直接發電和地熱直接發電等成為可能。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步的說明。
圖1分體式熱電偶結構示意。
圖2是分體式熱電偶串聯熱電堆示意圖。
圖3是分體式熱電偶并聯熱電堆示意圖。
如圖1分體式熱電偶結構示意圖，由金屬連接片1，P型半導體熱電材料2，N型半導體熱電材料3，導線4和直流電源5構成。P型半導體熱電材料2和N型半導體熱電材料3分別與金屬連接片1聯結，構成分體式熱電偶的兩個端。在P型半導體熱電材料2和N型半導體熱電材料3中間分別接入導線4，并在兩導線之一中間引入直流電源5。制冷時，直流電源5向外供電，PN端與NP端分別放熱和制冷。發電時，把PN端置于低溫環境NP端置于高溫環境，在分體式熱電偶電路中形成溫差電動勢向蓄電池(直流電源5)充電。在實際應用中為了增大制冷功率和發電功率，可以把此分體式熱電偶并聯或串聯做成制冷電堆和發電電堆，如圖2是分體式熱電偶串聯熱電堆示意圖，圖3是分體式熱電偶并聯熱電堆示意圖。
權利要求
1.一種用于制冷和發電的分體式熱電偶制冷和發電技術，其特征在于構成熱電偶的PN端和NP端，不再直接通過熱電材料形成固聯結構，而是成為兩個可以相對移動的自由端。
2.根據權利要求1所述的分體式熱電偶制冷和發電技術，其特征在于一對P型半導體熱電材料之間和一對N型半導體熱電材料之間分別連有導線。
3.根據權利要求2所述的分體式熱電偶制冷和發電技術，其特征在于在其中一根導線中間接入直流電源或蓄電池。
全文摘要
本發明公開了一種分體式熱電偶制冷和發電技術。構成熱電偶的PN端和NP端,被分成兩個可以相對移動的自由端,在一對P型半導體熱電材料2之間和一對N型半導體熱電材料3之間分別連有導線4。這樣熱電偶的兩個端被自由分開之后,避免了因兩端之間熱傳導帶來的負面影響,同時可使熱電偶的安裝更靈活和方便,從而使熱電制冷和發電技術更趨實用化。
文檔編號H01L35/00GK1352467SQ0113675
公開日2002年6月5日 申請日期2001年10月24日 優先權日2001年10月24日
發明者王彬 申請人:王彬