CN102297543A

CN102297543A - 直接热电冷却器组件

Info

Publication number: CN102297543A
Application number: CN2011101859930A
Authority: CN
Inventors: J·H·比恩; J·M·洛马斯
Original assignee: American Power Conversion Corp
Current assignee: Schneider Electric IT Corp
Priority date: 2006-12-18
Filing date: 2007-12-18
Publication date: 2011-12-28
Also published as: KR20090100343A; WO2008077038A2; US20080142068A1; AU2007333696B2; DK2092250T3; CN101558269A; EP2092250B8; AU2007333696A1; EP2092250B1; ES2411055T3; WO2008077038A9; EP2092250A2; WO2008077038A3; JP2010514225A; CN101558269B; CA2670716A1

Abstract

本发明是一种直接热电冷却器组件。一种热电系统，其包括至少一个有第一面和第二面并且被配置成在操作期间发展第一面和第二面之间的温差的热电模块而且包括至少一个配置成至少沿着那至少一个热电模块的第一面的第一部分管理第一流体的第一流体管理器。附加的实施方案进一步揭示冷却系统和方法。

Description

直接热电冷却器组件

本申请是2007年12月18日递交的申请号为200780045811.1，发明名称为“直接热电冷却器组件”的分案申请。

发明领域

本发明的实施方案一般地涉及冷却单元。具体地说，本发明的各个方面涉及热电装置，在该热电装置中流体被沿着热电模块侧面引导。

背景技术

通过物体前行的电荷载体(例如，当电流经过物体的时候)可以传递热，借此给物体的一边加热同时冷却该物体的另一边。这个效应可能被称为“珀尔帖”效应，而在冷却和加热装置中利用这个效应设计的物体可能被称为热电模块。

一些热电模块可能使用从金属或半导体的一端到金属或半导体的另一端的电流传热。该电流可能诱发这样的温差，以致单一金属或单一半导体的一边变得比较热，同时单一金属或单一半导体的另一边变得比较冷。

为了提高加热和冷却的效果，其他的热电模块可能使用通过两个不同材料(举例来说，p-型和n-型的半导体)的交替阵列的电流传热。阵列可能是这样安排的，以致该阵列的每个元件被电耦合到不同的物质类型的一个邻居和通过热电模块不同面。当电位加到该阵列上的时候，电流穿越该阵列向热电模块的一边移动，通过利用第一材料做成的阵列元件，然后回到热电模块的另一边通过利用第二材料制造的阵列元件。在这样的安排中，电流沿着该阵列所有的元件以从热电模块的一边到热电模块的另一边往返的方式存在。

在任一类型的热电模块中，热量被电荷载体(即，电子或空穴)从热电模块的一边运送到另一边。在后者类型的热电模块中，材料是这样选定的，以致一个材料的电荷载体是电子，而另一个材料的电荷载体是空穴。采用这样一组材料，当电流通过如上所述安排的元件阵列的时候，在利用两个材料制造的元件中电荷载体可能向热电模块的同一边流动。因此，热量将朝热电模块的同一边移动，尽管电流将沿着相反的方向通过利用不同的材料制作的元件。

为使用一个或多个热电模块提供加热和/或冷却设计的装置可能被称为热电装置。为了利用热电模块中的热运动，现有技术的热电装置100(如图1所示)可能包括在热电模块109的每个面105、107之间转移热量的冷板101、103和在热电模块109附近用导管111、113运送的两个工作流体。当与热电模块109的冷边107连接的导管113中的工作流体将变凉的时候，与热电模块109的热边105连接的导管111中的工作流体将变热。热的流体可能用来给物体或空间加热，而凉爽的流体可能用来冷却物体或空间。

为了促进冷板101、103和热电模块109之间的热转移，可能施加压力把压寒冷板101、103和热电模块109的两个侧面105、107压在一起并且除去大的缝隙。这个压力通常受这样的限制，以便热电模块109可以随着它的温度变化收缩和膨胀。为了进一步促进热电模块109的两个面105、107和冷板101、103之间的热转移，由冷板101、103和热电模块109的侧面105、107的表面瑕疵引起的微米级空隙可以通过在冷板101、103和热电模块109的侧面105、107之间加一层热界面材料115来填充。

发明内容

本发明的一个方面包括热电系统。一些实施方案包括至少一个有第一面和第二面的热电模块。在一些实施方案中，那至少一个热电模块被配置成在操作期间扩大第一面和第二面之间的温差。一些实施方案包括至少一个配置成至少沿着那至少一个热电模块的第一面的第一部分引导第一流体的第一流体管理器。

在一些实施方案中，第一流体至少包括水和乙二醇组合物之一。在一些实施方案中，那至少一个热电模块包括至少一个p-型半导体和至少一个n-型半导体。在一些实施方案中，那至少一个热电模块包括至少一个配置成使第一流体与第一面电绝缘的第一流体抵抗层。在一些实施方案中，那至少一个第一流体管理器包括至少一个第一流体供应线和至少一个第一流体回流线。一些实施方案进一步包括为将第一流体引向那至少一个第一流体供应线配置的第一流体供应管理器连接和为引导来自那至少一个第一流体回流线的第一流体而配置的第一流体回流线连接。在一些实施方案中，那至少第一流体供应线包括众多第一流体供应线，在一些实施方案中，那至少一个第一流体管理器进一步包括至少一个形成至少一个配置成将一部分来自那至少一个第一流体供应线的第一流体引向那至少一个第一流体回流线的通道的第一流体导向器。

在一些实施方案中，那至少一个第一流体管理器包括至少一个配置成至少沿着那至少一个热电模块的第一面的第一部分在第一流体中产生湍流的第一湍流元素。在一些实施方案中，那至少一个第一湍流元素包括在第一流体管理器的通道中的至少一个第一突起。一些实施方案进一步包括至少一个配置成至少沿着那至少一个热电模块的第二面的第二部分引导第二流体的第二流体管理器。

在一些实施方案中，那至少一个热电模块包括众多热电模块，每个都有各自的第一面和第二面。在一些实施方案中，那至少一个第一流体管理器包括众多第一流体管理器，每个都被配置成至少近似地沿着众多热电模块中每个热电模块各自的第一面的第一部分至少引导第一流体的第一部分。在一些实施方案中，那至少一个第二流体管理器包括众多第二流体管理器，每个都被配置成至少近似地沿着众多热电模块中每个热电模块各自的第二面的第二部分至少引导第二流体的第二部分。在一些实施方案中，那至少一个热电模块是这样配置的，以致当那至少一个热电模块工作的时候，第一面和第二面经历大约二十摄氏度的温差。

在一些实施方案中，第一面包括那至少一个热电模块的热面，而第二面包括那至少一个热电模块的冷面。在一些实施方案中，那至少一个热电模块是这样配置的，以致该热面和第一流体在那至少一个热电模块的操作期间经历大约四摄氏度的第一温差，而冷面和第二流体在那至少一个热电模块的操作期间经历大约九摄氏度的第二温差。

在一些实施方案中，那至少一个热电模块包括众多热电模块，每个都有各自的第一面和第二面。在一些实施方案中，那至少一个第一流体管理器包括众多第一流体管理器，每个都被配置成近似地沿着众多热电模块中每个热电模块各自的第一面相应的第一部分至少引导第一流体的第一部分。一些实施方案进一步包括至少一个与众多热电模块电耦合的电源。在一些实施方案中，众多热电模块彼此电耦合。

在一些实施方案中，众多热电模块的第一子集的每个热电模块与第一子集的其他热电模块串联地电耦合。在一些实施方案中，第一子集与众多热电模块的众多第二子集并联地电耦合。在一些实施方案中，第一子集包括对应于电源的电压输出的若干热电模块。在一些实施方案中，众多第二子集包括与电源的功率输出相对应的若干子集。

本发明的一个方面包括冷却的方法。在一些实施方案中，该方法至少包括产生横跨至少一个热电模块的电位差，以便冷却那至少一个热电模块的第一面，使那至少一个热电模块的第二面升温，和至少沿着第一面和第二面之一的第一部分引导第一流体。

在一些实施方案中，第一流体至少包括水和乙二醇组合物之一。在一些实施方案中，引导第一流体包括引导第一流体进入至少一个流体管理器的至少一个第一流体供应线和引导第一流体离开那至少一个流体管理器的至少一个第一流体回流线。在一些实施方案中，引导第一流体包括引导第一流体通过安排在那至少一个流体供应线和那至少一个流体回流线之间的至少一个流体管理器中的至少一个流体引导通道。在一些实施方案中，引导第一流体包括当第一流体被引导通过那至少一个流体引导通道的时候在第一流体中产生湍流。

在一些实施方案中，引导第一流体包括至少沿着第一面的第一部分引导第一流体和至少沿着第二面的第二部分引导第二流体。在一些实施方案中，产生电位差包括产生在第一面和第二面之间大约二十摄氏度的温差。在一些实施方案中，产生电位差包括产生在第一面和第一流体之间经历的大约九摄氏度的第一温差和产生在第二面和第二流体之间大约四摄氏度的第二温差。在一些实施方案中，那至少一个热电模块包括众多热电模块。

一些实施方案进一步包括使众多热电模块彼此电耦合。在一些实施方案中，电耦合包括使众多热电模块的第一子集的每个热电模块与第一子集的其他热电模块串联地电耦合。在一些实施方案中，电耦合包括使第一子集与众多热电模块的众多第二子集并联地电耦合。在一些实施方案中，第一子集包括对应于与众多热电模块耦合的电源的电压输出的若干热电模块。在一些实施方案中，众多第二子集包括与电源的功率输出相对应的若干子集。

本发明的一个方面包括冷却系统。在一些实施方案中，该冷却系统包括至少一个第一流体入口，至少一个第一流体出口，和至少一个安排在那至少一个第一流体入口和那至少一个第一流体出口之间的直接热电装置，那至少一个直接热电装置被配置成冷却从那至少第一流体入口供应的至少一个第一流体和把那至少一个冷却后的第一流体供应给那至少一个第一流体出口。

在一些实施方案中，那至少一个第一流体至少包括水和乙二醇组合物之一。在一些实施方案中，那至少一个直接热电装置包括至少一个有第一面的热电模块、至少一个配置成接受来自那至少一个第一流体入口的那至少一个第一流体、至少沿着那至少一个热电模块的第一面的第一部分引导那至少一个第一流体并且把那至少一个冷却后的第一流体排放到那至少一个第一流体出口的第一流体管理器。

在一些实施方案中，那至少一个热电模块包括至少一个配置成使第一流体和第一面电分离的第一流体反抗层。在一些实施方案中，那至少一个第一流体管理器包括至少一个配置成至少沿着那至少一个热电模块的第一面的第一部分近似地产生湍流的第一湍流元素。

在一些实施方案中，该冷却系统包括至少一个第二流体入口和至少一个第二流体出口。在一些实施方案中，那至少一个直接热电装置被安排在那至少一个第二流体入口和那至少一个第二流体出口之间，那至少一个直接热电装置被进一步配置成使从那至少一个第二流体入口供应的至少一个第二流体升温并且把那至少一个升温的第二流体供应给那至少一个第二流体出口。在一些实施方案中，那至少一个直接的热电装置包括至少一个有第一面和第二面的热电模块、至少一个配置成接受来自那至少一个第一流体入口的那至少一个第一流体、至少沿着那至少一个热电模块的第一面的第一部分引导至少一个第一流体并且把那至少一个冷却后的第一流体排放到那至少一个第一流体出口的第一流体管理器和至少一个配置成接受来自那至少一个第二流体入口的至少一个第二流体、至少沿着那至少一个热电模块的第二面的第二部分引导那至少一个第二流体并且把那至少一个升温的第二流体排放到那至少一个第二流体出口的第二流体管理器。

在一些实施方案中，那至少一个热电模块是这样配置的，以致当那至少一个热电模块工作的时候，第一面和第二面经历大约二十摄氏度的温差。在一些实施方案中，那至少一个热电模块是这样配置的，以致第一面和被冷却的第一流体在那至少一个热电模块的操作期间经历大约九摄氏度的第一温差而第二面和升温的第二流体在那至少一个热电模块的操作期间经历大约四摄氏度的第二温差。

附图说明

这些附图不打算依比例绘制。在附图中，各个不同的图画举例说明的每个同一的或几乎同一的成份将用相似的数字表示。为了清楚起见，并非每个成份在每幅图画中都被标注出来。在这些图画中：

图1是现有技术已知的热电装置的剖视图；

图2是依照本发明的一个实施方案的热电模块的剖视图；

图3是依照本发明的一个实施方案的多个流体流动管理器的平面图；

图4是图3所示的一个流体流动管理器的放大视图；

图5是依照本发明的一个实施方案的流体供应管理器的视图；

图6是图5的流体供应管理器的第二视图；

图7是依照本发明的一个实施方案的直接热电装置的分解图；

图8是图7所示的直接热电装置在组装条件下的透视图。

具体实施方式

这项发明在其应用方面不局限于在下面的描述中陈述的和在附图中举例说明的构造细节和元装置安排。本发明能够有其他的实施方案并且能够以各个不同的方式实践或实行。另外，在此使用的措辞和术语是为了描述而且不应该被视为限制。在此“包括”、“由～组成”、“有”、“包含”及其变化的使用意味着囊括，包括，和关于，必须关于包括其后列出的项目及其等价项目以及附加的项目。

依照本发明的一个方面，人们将认识到传统的热电装置可能在热电模块的侧面和工作流体之间无效地转移热量。如同上面描述的那样，在传统的热电装置(例如，图1所示的热电装置)中，热量通过中间的热转移元件(例如，冷板101、103和数层热界面材料115)在热电模块109的侧面105、107和工作流体之间转移。因为这些中间的传热元素，在这个传统的热电装置100中引进传热的低效率。每个中间的传热元素都使热量消散而且降低从热电模块100到工作流体的热导率。明确地说，用来填充冷板101、103和热电模块109的侧面105、107之间的微米级空隙的数层热界面材料115与冷板101、103相比通常有比较低的导热率。没有表面瑕疵不需要数层热界面材料115填充微米级空隙的冷板101、103和热电模块109(例如，机械加工后真空铜焊的冷板和薄壁微通道冷板)制造费用高得惊人。同样，热导率接近冷板101、103的热导率的数层热界面材料115也价格高得惊人。结果，买得起的传统的热电装置100仍然是低效率的。

举例来说，典型的传统热电装置通常使用大约1600瓦到大约1700瓦的功率产生大约1200瓦的冷却。在运行时，在这样的冷却器中热电模块的热面和冷面之间的温度可能是大约三十三摄氏度。热面表面和高温工作流体之间的温差可能是大约七摄氏度。冷面表面和低温工作流体之间的温差可能是大约十五摄氏度。理想地，这些温差将向零摄氏度减少。

一般地说，本发明的至少一个实施方案指向经济地提高热电装置的效率。明确地说，本发明的至少一个实施方案指向在不使用冷板或热界面材料的情况下在热电模块的侧面和工作流体之间转移热量的热电装置。相反，在本发明的至少一个实施方案中，工作流体近似地沿着热电模块的侧面流动。

术语“热电装置”应该被理解为指代任何使用热电模块的装置，包括使用热电模块冷冻或冷却物体和/或空间的装置和使用热电模块给物体和/或空间加热或使之升温的装置。术语“工作流体”应该被理解为包括把热量转移给热电模块和/或把热量从热电模块转移出去的任何流体，包括一个或多个液体(例如，水、包含乙二醇的组合物、不含水的制冷剂)和/或一个或多个气体(例如，空气)。

图2依照本发明的至少一个实施方案举例说明热电模块200的剖视图。热电模块200可能包括众多传导性元件201、203。众多传导性元件的第一部分可能包括p-型半导体元件，每个都以201指出。众多传导性元件的第二部分可能包括n-型半导体元件，每个都以203指出。如图2所示，n-型半导体元件203可能与p-型半导体元件201交替。人们应该理解本发明的实施方案不局限于传导性元件的任何特定材料类型或安排。

在至少一个实施方案中，n-型半导体元件203可能通过热电模块200的备用侧面与邻近的p-型半导体元件201电耦合。如图2所示，众多导线(每个都以205指出)可能被安排在热电模块200的备用侧面上以使邻近的p-型半导体元件201和n-型半导体元件203电耦合。

在至少一个实施方案中，热电模块200可能包括导线207、209，通过它们可以把电位加到众多半导体元件201、203上。导线207、209可能通过下面描述的流体流动管理器与电源(未展示)电耦合。

在操作时，高电位可能适用于导线207，而低电位可能适用于导线209。电位差可能引起电流从高电位导线通过众多传导性元件201、203到低电位导线。在列举的例子中，当这样的电位差存在的时候，电流从热电模块200的顶面211经过p-型半导体元件201到热电模块200的底面213，然后经过n-型半导体元件203回到顶面211。这个电流图继续从高位源到低位源。

穿越传导性元件201、203行进的电荷载体把热量从热电模块200的一边带到另一边。在p-型半导体元件201中，电荷载体(即空穴(阳电荷载体))从高电位向低电位传送。在n-型半导体元件203中，电荷载体(即，电子(负电荷载体))从低电位到高电位移动。当高电位加到导线207上而低电位加到导线209上的时候，空穴从p-型半导体元件201的底部流向顶端而电子从n-型半导体元件203的底部流向顶端。这个电荷载体从热电模块200的底面213向热电模块200的顶面211的流动导致顶面211升温和底面213冷却。颠倒电位可能允许电荷载体沿着相反的方向流动，于是底面213加热，而顶面211冷却。

从热电模块200的变冷面移到热电模块200的变暖面的热量可能基于传导性元件201、203的数目、电阻率、高度、面积和导热率、两侧的外加电压、外加电流、热电系数和/或温度改变。在一些实施方案中，该热量可以用下式近似得出：

(1)

H = 2 N [{SIT}_{c} - \frac{I^{2} RL}{2 A} - \frac{KA (T_{h} - T_{c})}{L}],

其中H是被转移的热量，N是成对的p-型和n-型半导体元件201、203的数目，S是可能基于热电模块200的温度改变的热电系数，I是通过热电模块200的电流，T_C是热电模块200的冷面(例如，213)的温度，T_h是热电模块200的热面(例如，211)的温度，R是半导体元件201、203的电阻率，L是半导体元件201、203的高度，A是半导体元件201、203的横截面积，而K是半导体元件201、203的导热率。在一个落实的方案中，热电模块200可能包括可从TE Technology，Inc.，Traverse City，MI购买的高性能模块，例如HP-199-1.4-0.8热电模块。

在一些实施方案中，保护层215可能被安排在热电模块200的顶面和底面211、213之一或两者上。保护层215可能使有电源的元件(例如，传导性元件201、203；导体205；导线207、209)与周围环境隔离。保护层215可能包括流体反抗层或涂层，该保护层被配置成使有电源的元件与近似地沿着热电模块200的顶面和/或底面211、213通过至少一个流体流动管理器217流动的水隔离，下面将予以描述。在一个落实的方案中，保护层215可能包括金属被膜和/或陶瓷被膜。

在一些落实的方案中，热电模块200可能包括一个或多个热惰性的或较不活跃的部分219。如图2所示，在一些落实的方案中，热惰性的部分219可能包括接近热电模块200没有安排热电元件201、203的边缘的保护层215的部分。热惰性的部分219可能被用于通过将O-型圈或其他密封件放在最接近热惰性部分219的位置用流体流动管理器217形成流体密封。在一些落实的方案中，热电模块200的表面积可以通过把一个或多个翼(未展示)、压痕(未展示)和/或突起(未展示)加到热电模块200的保护层215上有所增加。这样的翼或压痕也可能增加近似地沿着侧面流动的工作流体的湍流，下面将更详细地讨论。

如图2所示，在本发明的一些实施方案中，热电模块200可能被安排在两个流体流动管理器(每个都以217指出)之间。管理器217可能被配置成在在各自的保护层215上引导工作流体，下面将更详细地描述。

图3举例说明安排在表面的301上的众多流体流动管理器217以适应众多热电模块200。每个流体流动管理器217可能被配置成与各自的热电模块(例如，200)的侧面耦合并且沿着各自的热电模块(如图2所示)的侧面引导工作流体。在本发明各个不同的实施方案中，流体流动管理器217可以利用任何材料制成。在落实的方案中，流体流动管理器217可能是利用塑料做成的。

图4依照本发明的至少一个实施方案举例说明图3所示的流体流动管理器217之一的放大视图。依照上面的讨论，流体流动管理器217可能被配置成至少沿着热电模块200的一个侧面的一部分近似地引导工作流体。在一个实施方案中，流体流动管理器217可能被放在毗邻热电模块200的位置，以便通过流体流动管理器217流动的工作流体至少沿着热电模块200的保护层215的一部分外表面近似地流动。图4的流体流动管理器217是仅仅作为例子举例说明和描述的。人们应该理解本发明的实施方案可以包括任何配置的任何类型的流体流动管理器。

如图4所示，流体流动管理器217可能包括一个或多个流体供应线，每个都以401指出。在列举的例子中流体供应线401包括在流体流动管理器217中的孔，该孔与下面参照图5描述的流体供应管理器(在图4中未展示)连接，穿过流体供应管理器(在图4中未展示)的表面与流体流动管理器217耦合，下面将予以讨论。工作流体可以从下面参照图5描述的流体供应管理器(在图4中未展示)通过一个或多个流体供应线401进入流体流动管理器217。

流体流动管理器217的实施方案也可能包括一个或多个流体回流线403。图4举例说明的流体回流线403包括通过在下面关于图5讨论的流体供应管理器(在图4中未展示)的表面中的孔直达流体供应管理器(在图4中未展示)的连接表面301的孔。工作流体可以通过一条或多条流体回流线403退出流体流动管理器217进入下面关于图5讨论的流体供应管理器(在图4中未展示)。

流体流动管理器217的实施方案也可能包括一个或多个形成一个或多个流体通道的流体导向器405，工作流体可以通过那一个或多个流体通道从一条或多条流体供应线401流向一条或多条流体回流线403。流体导向器405可能包括工作流体不可能通过的壁或其他阻断表面。流体导向器405可能被配置成通过用热电模块200的保护层215形成流体密封和阻断工作流体在特定方向的流动引导工作流体。在流体导向器405之中/之间的间隙可以允许工作流体只沿着预期的方向流动。在一些实施方案中，流动导向器405、流体供应线401和流体回流线403的组合可能是这样安排的，以使通过通道的流体呈低压力和保持工作流体在热电模块附近流动的时间比从一条或多条流体供应线401到条或多条流体回流线403的直接路径长。

在操作时，列举的实施方案的流体通道可以沿着热电模块200近似地引导工作流体从那一条或多条流体供应线401到流体回流线403。工作流体这样经过每个通道移动，以致从每条流体供应线401进入流体流动管理器217的工作流体在通过流体回流线403离开流体流动管理器217之前沿着流体流动管理器217的大约四分之一的表面和热电模块200的大约四分之一的表面流动。工作流体通过流体流动管理器217的全部通道从所有的流动供应线401到流体回流线403的组合流动导致工作流体沿着流体流动管理器217的大约整个表面和热电模块200的大约整个表面流动。

在一些实施方案中，流体流动管理器217可能包括一个或多个配置成随着工作流体从流体供应线401流向流体回流线403(例如，通过通道)在工作流体中引起和/或增加湍流的湍流元素407。最贴近热电模块200流动的工作流体的分子可能最有效地用热电模块200转移热量。理想地，工作流体的每个分子都将花费大约相同的时间最接近热电模块200。然而，工作流体的非湍流或层流流动通常导致工作流体的分子在从流体供应线401到流体回流线403的流动过程中处处保持在距热电模块200实质上不变的距离，所以在工作流体的这个非湍流或层流流动中相对为数不多工作流体分子在热电模块200附近花费很多的时间。

湍流元素407可能引起工作流体内的分子这样运动，以致在热电模块200附近移动的工作流体分子多于非湍流或层流流动的工作流体。湍流元素407可能包括可以破坏工作流体的层流或非湍流流动的隆起、突起或任何其他元素。

如图4所示，流体流动管理器217可能被安排在表面的301上。在一些实施方案中，表面301可能包括下面讨论的流体供应管理器(在图4中未展示)的对置表面。在一些实施方案中，表面301可能包括一个或多个配置成把离流体流动管理器217最近的特定的热电模块200与电源连接的电触点409。在一些实施方案中，一个或多个电触点409可能包括配置成与热电模块200的导线207、209连接并且产生电流的高、低电位来源。在其他的实施方案中，电触点409可能只包括高、低电位来源之一。高、低电位来源中的另一个可能与在离热电模块200的另一边最近的另一个流体供应管理器的表面上的电触点一样地安排，下面将描述。

流体流动管理器217可能被O-型圈411或其他流体密封设计元素包围，当热电模块200放在离流体流动管理器217最近的地方时形成流体密封。举例来说，O-型圈411可以在热电模块200的表面301和热惰性部分219之间形成流体密封。

图5和图6举例说明流体供应管理器500的两个视图。在一些实施方案中，流体供应管理器500可能被配置成把工作流体供应给一个或多个流体流动管理器217的流体供应线401和接受从一个或多个流体流动管理器217的流体回流线403排放的工作流体。在本发明各个不同的实施方案中，流体供应管理器500可能是利用任何材料制成的。在一个落实的方案中，流体供应管理器500可能是利用塑料制成的。

如图5(流体供应管理器500的透视图)所示，在一些实施方案中，流体供应管理器500可能包括为引导工作流体从工作流体来源505到流体供应管理器500的一个或多个流体出口501把流体供应给一个或多个流体流动管理器217的流体供应线401而安排的流体供应路径503。在列举的实施方案中，流体供应管理器500的流体出口501包括表面507中的孔，通过这个孔工作流体可以流到对置的表面301，在该表面上可能安装了一个或多个流体流动管理器217。流体供应管理器500可能被配置成以实质上恒定不变和/或相似的体积把工作流体供应给每个流体流动管理器217。

在一个落实方案中，流体供应路径503可能包括安排在表面507上为使工作流体从流体来源505流向每个流体出口501而配置的壁或其他流体阻断元素509。如同在图5的实施方案中举例说明的那样，流体供应主通道511可能把来自工作流体来源505的工作流体的某些部分供应给流体供应支流通道513。然后，每个流体供应支流通道513可能将流体引向沿着流体供应支流通道安排的流体出口501。

流体供应管理器500可能包括配置成通过一个或多个流体入口517接受工作流体的流体回流路径515。流体入口517可能接受从流体流动管理器217的一条或多条流体回流线403排放的工作流体。流体回流路径515可能被配置成引导工作流体从一个或多个流体入口517到流体排放管519。流体回流路径515与流体供应路径503类似，可能包括与流体回流主通道523连接的一个或多个流体回流支流通道521。每个流体回流支流通道515可能被配置成引导工作流体从沿着流体回流支流通道515安排的流体入口517到流体回流主通道523。流体回流主通道523可能被配置成引导工作流体从流体回流支流通道517到流体排放管519。流体回流路径515可能与流体回流路径503一样被安排在流体供应管理器500的同一表面上并且借助壁509分开。

图6举例说明流体供应管理器500的来自流体供应管理器500的底部的视图。虽然流体来源505和流体排放管519被安排在流体供应管理器500的同一边，但是人们应该认识到流体供应管理器500的任何线元件安排都可能用于本发明的各个不同的实施方案。

在一些实施方案中，为了给上述的热电模块200供电，流体供应管理器500可能包括与流体流动管理器217的电触点409的电连接(未展示)。电连接可能被安排成并联地、串联地或串并联组合地连接热电模块，下面将更详细地讨论。在一个落实方案中，电连接可能与流过流体供应管理器500的工作流体隔离。在一个落实方案中，电连接可能被安排在壁509内。

图7和图8依照本发明的至少一个实施方案举例说明热电装置700的两个视图，该热电装置包括热电模块200、流体流动管理器217和流体供应管理器500(每个都有遮住上述的一些元器件视图的背衬)。图7举例说明直接热电装置700的分解图。图8举例说明直接热电装置700的组装图。虽然图7和图8举例说明的热电装置700包括众多热电模块200，众多流体流动管理器217和一对每个都以500指出的流体供应管理器，但是人们应该理解本发明的实施方案可能包括更多或更少的热电模块200、流体流动管理器217和流体供应管理器500，包括单一的热电模块200和一对直接与工作流体供应线连接的流体流动管理器217。人们也应该理解本发明的实施方案可能包括仅仅在热电模块200的一边而不是如图7和图8所示在两边的流体流动管理器217。在这样的实施方案中，传统的冷板或其他方法可能用来把热量转移到热电模块200的另一边和/或从热电模块200的另一边转移走。

如图7所示，热电装置700可能包括或连接一个或多个导管701、703、705、707。导管可能包括配置成把第一工作流体供应给第一流体供应管理器的热面供应导管701(例如，给来自冷却系统(未展示)的流体入口的流体来源505)、配置成接受从第一流体供应管理器排放的第一工作流体的热面回流导管703(例如，从流体排放管519到冷却系统(未展示)的流体出口)、配置成把第二工作流体供应给第二流体供应管理器(例如，给来自冷却系统(未展示)的流体入口的流体来源505)的冷面供应导管705和配置成接受从第二流体供应管理器排放的第二工作流体的冷面回流导管707(例如，从流体排放管519到冷却系统的流体出口(未展示))。人们应该领会到导管701、703、705、707的任何安排可能被用于本发明的各个不同的实施方案。举例来说，热面导管701、703和冷面导管705、707可能被安排在热电装置700的对置面或同一面上；回流导管703、707和供应导管701、705可能被安排在热电装置的同一面或对置面上；导管701、703、705、707可能被组合成数目更少的导管，例如，一个或多个分区的导管而且两者通过分开的区域完成流体的供应和回流。此外，人们应该领会到本发明的一些实施方案可能包括与工作流体来源或其他流体引导元件的直接连接，作为导管701、703、705、707的替代品或补充。

依照前面的讨论，每个流体供应管理器500可能被配置成引导相应的工作流体往返于众多流体流动管理器，如上所述，流体流动管理器被配置成管理离众多热电模块各自的侧面最近的工作流体的流动。

一个或多个热电模块200可能被安排在两个流体供应管理器500之间，如图7所示。每个热电模块200可能是这样定位的，以致热电模块200的每个侧面都离相应的流体流动管理器217最近。如图7所示，一个或多个热电模块可能被安排在热电模块阵列中。

在操作时，第一和第二工作流体可能从热面和冷面供应导管701、705供应给相应的第一和第二流体供应管理器500。然后，工作流体可能通过相应的流体供应管理器500被引向安排在流体供应管理器500上的流体流动管理器217。每个工作流体可能沿着热电模块200相应的侧面近似地通过，然后从流体流动管理器217排放出来回到相应的流体供应管理器500。然后，流体供应管理器可能通过热面和冷面的流体回流导管703、707排放工作流体。

依照前面的讨论，当电流通过热电模块200的时候，热电模块200的一面加热而另一面冷却。如果电位通过流体流动管理器217的电触点409加到每个热电模块的两边，依照前面的讨论，电流通过热电模块200而且热量可以从热电模块200的一面(即，冷面)转移到另一面(即，热面)。另外，热将在两个面和在那两个面附近流动的工作流体之间传送，以致靠近热面流动的工作流体变得温暖，而靠近冷面流动的工作流体变得凉爽。如果热电装置700中的每个热电模块200是这样安排的，以致所有的热面给同一工作流体加热，而所有的冷面冷却同一工作流体，那么热电模块709的阵列可以对两个工作流体产生组合的加热和冷却效果。

工作流体(一个被热电模块200冷却，另一个被热电模块200升温)可以通过热面和冷面的回流导管703、707被引向准备加热和/或冷却的目标物体或空间。工作流体可以通过增加或减少用来热和/或冷却工作流体的热电模块和/或热电装置的数目被加热和/或冷却预期的数量。在本发明的一些实施方案中，热电模块200和/或热电装置700可以用来把靠近每个模块的冷面移动的工作流体的温度降低到摄氏零度以下。

在一些实施方案中，在操作时，热电模块温暖面和热电模块寒冷面之间的温差可能是大约二十摄氏度。在一个实施方案中，热电模块200的温暖面和通过热电模块200之后变暖的工作流体之间的温差可能是大约三摄氏度。在一个实施方案中，热电模块200的冷面和通过热电模块200之后被冷却的工作流体之间的温差可能是大约八摄氏度。

为了产生通过热电模块200的电流，每个热电模块200可以依照前面的讨论通过流体流动管理器217的电触点409接到一个或多个电源上。在一些实施方案中，热电模块200可能被接到分开的电源上。在其他的实施方案中，热电装置的一些或所有的热电模块可能被接到同一电源上。在一些实施方案中，热电模块200可能被串联地电连接到电源上。在其他的实施方案中，热电模块200可能被并联地电连接到电源上。

在另一些实施方案中，热电模块200可能按并联和串联的组合与电源电连接。举例来说，在一个落实的方案中，热电模块可能被安排成彼此串联连接的若干组711，如图7所示。每个组711中热电模块200的数目可能是基于电源的电压输出决定的。举例来说，如果每个热电模块200需要十六伏，而且电源产生四十八伏输出，则每组711可以安排包含三个串联连接的热电模块200，以便那组711的总电压需求等于四十八伏。在这样的落实的方案中，各组711可以被并联地接到电源上。组711的数目可能是基于电源的最大的或推荐的功率输出选定的，举例来说，组711的数目可能是这样选定的，以致操作那些组711所需要的功率约等于电源的最大功率输出或推荐的功率输出。

依照本发明的实施方案的热电装置700可以用来加热或冷却任何空间或物体。在一些落实方案中，多样的冷却器700可能用来增强工作流体的加热或冷却。在一些落实方案中，热电装置700可能用来冷却冰库系统，例如，Bean以“MODULAR ICESTORAGE FOR UNINTERRUPTIBLE CHILLED WATER”为题与本申请同时申请的美国专利申请所描述的。在其他的落实方案中，热电装置可以作为另一个小型工艺冷却器部份使用。

至此已经描述了这项发明的至少一个实施方案的一些方面，人们将领会到各个不同的变更、修改和改进对于熟悉这项技术的人将很容易发生。这样的变更、修改和改进倾向于作为这份揭示的一部份，而且倾向于落在本发明的范围之内。因此，前面的描述和图画仅仅是作为例子。

Claims

1.一种冷却系统，其中包括：

至少一个第一流体入口；

至少一个第一流体出口；

至少一个安排在所述至少第一流体入口和所述至少第一流体出口之间的直接热电装置，该至少一个直接热电装置被配置成冷却至少一个从所述至少一个第一流体入口供应的第一流体并且把所述至少一个冷却后的第一流体供应给所述至少一个第一流体出口，所述至少一个直接热电装置具有第一面和第二面；以及

至少一个第一流体管理器，该第一流体管理器被配置成接受来自至少一个第一流体入口的至少一个第一流体，沿着所述至少一个热电模块的第一面的至少第一部分引导至少一个第一流体，并且把所述至少一个冷却后的第一流体排放到所述至少一个第一流体出口，至少一个第一流体管理器包括壳体，该壳体具有外围边缘，该外围边缘被配置成与至少一个热电模块的第一面的惰性部分密封结合，使得至少一个第一流体管理器的壳体与至少一个热电模块的第一面隔开出一个腔体，第一流体供应线运送第一流体到所述腔体，同时第一流体回流线将第一流体从该腔体排出。

2.根据权利要求1的系统，其中所述至少一个第一流体包括水和含有乙二醇的组合物中的至少一个。

3.根据权利要求1的系统，其中所述至少一个热电模块包括至少一个第一流体抵抗层，该第一流体抵抗层被配置成使第一流体与第一面电分离。

4.根据权利要求1的系统，其中所述至少一个第一流体管理器包括至少一个第一湍流元素，该第一湍流元素被配置成近似地沿着所述至少一个热电模块的第一面的至少第一部分产生湍流的。

5.根据权利要求1的系统，进一步包括：

至少一个第二流体入口；

至少一个第二流体出口；

其中所述至少一个直接热电装置安排在所述至少一个第二流体入口和所述至少一个第二流体出口之间，所述至少一个直接热电装置被进一步配置成使所述至少一个第二流体入口供应的至少一个第二流体升温并且把所述至少一个升温的第二流体供应给那至少一个第二流体出口。

6.根据权利要求5的系统，其中所述至少一个直接热电装置包括：

至少一个第二流体管理器，该第二流体管理器被配置成接受来自所述至少一个第二流体入口的所述至少一个第二流体，沿着所述至少一个热电模块的第二面的至少第二部分引导所述至少一个第二流体，并且把所述至少一个升温的第二流体排放到所述至少一个第二流体出口，至少一个第二流体管理器包括壳体，该壳体具有外围边缘，该外围边缘被配置成与至少一个热电模块的第二面的惰性部分密封结合，使得至少一个第二流体管理器的壳体与至少一个热电模块的第二面隔开出一个腔体，第二流体供应线运送第二流体到所述腔体，同时第二流体回流线将第二流体从该腔体排出。

7.根据权利要求6的系统，其中所述至少一个热电模块是这样配置的，以致当所述至少一个热电模块工作的时候，第一面和第二面经历大约二十摄氏度的温差。

8.根据权利要求6的系统，其中所述至少一个热电模块是这样配置的，以致第一面和被冷却的第一流体在所述至少一个热电模块操作期间经历大约九摄氏度的第一温差，而第二面和被升温的第二流体在所述至少一个热电模块工作期间经历大约四摄氏度的第二温差。