CN104952814B - 烟囱散热型半导体热电模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种烟囱散热型半导体热电模块，包括半导体热电元件、冷却端散热器以及烟囱；其中，烟囱安装在冷却端散热器的外侧，烟囱的底部外翻；冷却端散热器包括散热器管和散热器底板，散热器管位于散热器底板的表面，散热器底板的边缘上翻形成散热器底板上翘结构，散热器底板上翘结构与烟囱底部的外翻面相互配合，形成空气的流动通道。本发明保留了半导体热电模块结构简单、无需工质、噪音小的优点，通过热电模块中冷却端散热器结构的革新，并采用烟囱取代传统风扇的设计，而且冷却端散热器与烟囱相互配合，从而提高了热电模块的热电转换效率，增强了热电元件的实际应用潜力。

Description

烟囱散热型半导体热电模块

技术领域

本发明涉及半导体热电模块，具体涉及一种烟囱散热型半导体热电模块，属于能源利用的直接式热电转换技术领域。

背景技术

现有的半导体热电转换模块主要由半导体热电元件、加热端、冷却端散热器和风扇等组成(如图1所示)。半导体热电模块的工作原理如下：当半导体热电元件的加热端从热源吸收热量，冷却端向冷源放出热量时，半导体与电极(铜片)接触的二端产生温度差。由于半导体具有显著的塞贝克效应，半导体与电极接触的二端产生电压。如果将负载与热电模块形成闭合电路，在电路内将形成电流，热电模块将热端吸收的热能转换成电能。

半导体热电转换系统虽然具有结构简单，无需工质，噪音小、启动迅速等优点，但相对于传统的热力发电等热电转换过程，半导体热电转换的效率很低。这种热电转换方式在绝大多数情况下没有实用性，只能应用于一些特殊的场合。

增加半导体热电元件热端和冷端的温度差，是提高热电转换效率的重要方法之一，因此，在现有的半导体热电模块中，大多使用在热电元件冷却端加装散热器和风扇的方式，使元件冷却端的温度尽可能的低，从而增大加热端和冷却端的温度差，提高热电转换效率。但是半导体热电转换所输出的电能在数量上通常是比较小的，使用风扇对冷却端进行冷却，虽然提高了热电元件的转换效率，但是此时风扇所消耗的电能在热电元件输出电能中占有很大的比重。因此，如果使用风扇冷却不当，可能反而使得热电转换系统的总效率下降。

发明内容

为了克服现有热电模块中冷却端风扇消耗电能，会减少热电系统对外输出的电能，最终导致热电转换效率低的缺点，本发明提供了一种烟囱散热型半导体热电模块，使得热电模块既具有较高的加热端和冷却端温度差，又不需要冷却端风扇消耗电能，从而提高热电模块的热电转换效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

烟囱散热型半导体热电模块，包括半导体热电元件和冷却端散热器，其特征在于，所述半导体热电模块还包括烟囱，烟囱安装在所述冷却端散热器的外侧，烟囱的底部外翻；所述冷却端散热器包括散热器管和散热器底板，散热器管位于散热器底板的表面，散热器底板的边缘上翻形成散热器底板上翘结构，散热器底板上翘结构与所述烟囱的底部的外翻面相互配合，形成空气的流动通道。

所述烟囱的形状为缩放形圆筒。

所述散热器管为空心圆管。

所述散热器管的表面设有通风孔。

所述散热器底板为圆形，与所述烟囱的底部形状相吻合。

所述冷却端散热器边缘的散热器管与烟囱的内壁相连接。

本发明保留了半导体热电模块结构简单、无需工质、噪音小的优点，通过热电模块中冷却端散热器结构的革新，并采用烟囱取代传统风扇的设计，而且冷却端散热器与烟囱相互配合，从而提高了热电模块的热电转换效率，增强了热电元件的实际应用潜力；具体来说，本发明具有以下的优点：

1)不使用冷却风扇，节省了风扇消耗的电能，热电模块对外输出电能变大。

2)利用烟囱形成的抽吸力，可以使外部冷空气流过散热表面，使热电元件冷端温度降低，提高元件热电转换效率。

3)烟囱的形状为缩放形，有利于提高烟囱产生较大的抽吸力，增加空气速度。

4)散热器底板的表面为圆形，与烟囱底部形状相吻合，有利于更多的外部冷空气进入散热器。

5)散热器底板上翘结构与上翻的烟囱底部相互配合，形成外部空气流向散热器表面的通道，可以使空气对散热表面进行更好的冷却。

6)散热器表面采用空心圆管散热器的设计，比通常使用的长条形状散热表面有利于空气在散热器内的流动，并且比使用实心圆柱节省材料。

7)散热器管的表面有通风孔，可以使管内空气产生流动，从而增强了散热器管内表面的散热作用。

综上，本发明通过特殊结构设计的烟囱和散热器，对热电模块低温侧进行较好的冷却，提高热电性能，由于这种冷却方式不需要消耗电能，因此热电模块的系统发电效率较高，可改变热电模块由于发电效率低而导致的应用领域受限的局面。我国是世界上最大的热电模块生产国，本发明提出的新型热电模块可扩大热电模块的应用范围，提高热电模块的销量，具有良好的市场前景和经济效益。

附图说明

图1是现有半导体热电模块的结构示意图；

图2是本发明烟囱散热型半导体热电模块结构剖面图；

图3(a)为本发明的散热器的剖面图，(b)为散热器底板的侧视图；

其中，1-半导体热电元件，2-风扇，3-冷却端散热器，4-加热端，5-烟囱，6-通风孔，7-散热器管，8-电线，9-散热器底板，10-散热器底板上翘结构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图2和图3所示，烟囱散热型半导体热电模块取消了现有热电模块构成中的风扇，在冷却端散热器3上方增加了一个烟囱5，同时，还对冷却端散热器3的结构进行了重新设计，从而冷却端散热器3能与烟囱5进行配合，对热电元件冷却端进行高效散热，具体来说，烟囱散热型半导体热电模块包括半导体热电元件1、冷端散热器3和烟囱5，其特点在于：(1)没有冷却风扇；(2)在热电元件的冷却端使用烟囱5；(3)烟囱5的形状为缩放形的圆筒，并且烟囱底部上翻；(4)散热器底板9为圆形，并且散热器底板9靠近边界处上翻，形成散热器底板上翘结构10；(5)散热器底板上翘结构10与烟囱底部的上翻面相互配合，形成环形的空气流动通道；(6)冷却端散热器3使用空心圆管作为散热表面，为散热器管7；(7)散热器管7的表面开有通风孔6。

制作烟囱散热型半导体热电模块的具体方法包括如下的步骤：

1)制作带通风孔6的散热器管7：将空心铝管截成长度相等的短管，使用钻孔机按一定分布规则在铝管上形成通风孔6。

2)制作散热器底板9：使用剪板机，将厚度合适的铝板剪成圆形铝板，再使用冲压机，将圆形铝板四周压制成上翘的圆弧形结构。

3)制作冷却端散热器3：使用焊接设备，将散热器管7按一定的分布规则焊接到散热器底板9上，完成散热器3的制作。

4)制作烟囱5：使用卷板机，将铝板卷制成缩放圆筒形的烟囱5；再使用冲压设备，将烟囱底部压制成上翘的圆弧形。

5)连接冷却端散热器3和半导体热电元件1：使用紧固元件，如卡簧，将冷却端散热器3和半导体热电元件1紧密连接。

6)安装烟囱5：将烟囱5安装到散热器3上(如图2所示)，并使用焊接设备，将烟囱5的内壁与散热器管7的连接点进行焊接，以使烟囱5安装牢固。

通过以上步骤所描述的制作方法，烟囱散热型半导体热电模块即加工完成。

烟囱散热型半导体热电模块的工作原理如下：当半导体热电元件1下面的加热端吸收热量时，温度升高，该热量被传导至上面的冷却端，冷却端及与其相连接的散热器3的温度也升高；散热器3加热周围的空气，热空气向上流动，在烟囱内形成抽吸力，烟囱5外的冷空气在这一抽吸力作用下，通过烟囱底部与散热器3形成的流道，以较高的速度流过散热器3表面，从而对散热器3形成强烈的冷却，降低半导体热电元件冷却端的温度，增加了热电元件加热端与冷却端的温度差，发电效率得到提高。

散热器底板9设计成圆形，可以与烟囱底部吻合，有利于外部冷空气流进散热器3。散热器中使用圆柱形散热器管7，可以有利于空气在散热器中的流动，散热器管7设计为空心圆管，不仅比实心圆柱节省材料，而且通过在散热器管7上开设通风孔6，使得散热器管7内的空气也能产生流动，从而使圆管内表面也具有散热能力，这些设计都可使得散热器3的散热能力得到提高。

综上，烟囱散热型半导体热电模块，利用烟囱5抽吸力形成的空气流动，以及与烟囱5相匹配的散热器3，对热电元件冷却端进行高效冷却，在不使用冷却风扇2的情况下，增加了热电元件加热端与冷却端的温度差，热电转换效率得到提高。

Claims (5)

1.烟囱散热型半导体热电模块，包括半导体热电元件和冷却端散热器，其特征在于，所述半导体热电模块还包括烟囱，烟囱安装在所述冷却端散热器的外侧，烟囱的底部外翻，烟囱的形状为缩放形圆筒；所述冷却端散热器包括散热器管和散热器底板，散热器管位于散热器底板的表面，散热器底板的边缘上翻形成散热器底板上翘结构，散热器底板上翘结构与所述烟囱的底部的外翻面相互配合，形成空气的流动通道。

2.如权利要求1所述的烟囱散热型半导体热电模块，其特征在于，所述散热器管为空心圆管。

3.如权利要求1或2所述的烟囱散热型半导体热电模块，其特征在于，所述散热器管的表面设有通风孔。

4.如权利要求1所述的烟囱散热型半导体热电模块，其特征在于，所述散热器底板为圆形，与所述烟囱的底部形状相吻合。

5.如权利要求1所述的烟囱散热型半导体热电模块，其特征在于，所述冷却端散热器边缘的散热器管与所述烟囱的内壁相连接。