CN111128926A - 一种基于半导体晶片的散热装置及光伏板电站 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于半导体晶片的散热装置，包括半导体晶片与至少一个导热组件；导流传热件上形成有流体通道；散热装置能够实现半导体晶片的第一端面与第二端面之间的热量传递；或者，散热装置能够实现半导体晶片的第一端面与第二端面之间的温差发电。本发明提供的散热装置能够快速吸收芯片及光伏板的热量，及时把芯片工作所产生的热量带走；并提供给半导体温差发电晶片作为热源，利用此热量实现半导体温差发电目的，可以获得一举二得的功效，可广泛应用于大数据中心，电信机房，光伏发电场等许多领域，在为光伏板、LED灯、芯片散热同时，还可以实现温差发电，并保证它们高效稳定及可靠运行的多种目的。

Description

一种基于半导体晶片的散热装置及光伏板电站
技术领域
本发明涉及热工散热技术领域，尤其涉及一种基于半导体晶片的散热装置、光伏板电站。
背景技术
中国数据中心用电量超三峡加葛洲坝发电量之总和，其惊人的耗电使得许多研究人员开始研究各种芯片冷却技术，而液冷或将成为破局之关键。据统计数据中心显示超过一半的能耗用于冷却设备上，冷却耗能已成为行列发展瓶颈的关键所在。虽然风冷仍是业内最普遍采用的技术，但是，越来越多服务器开始选择“泡澡”降温方式以获得较低的能耗冷却方式，但是“泡澡”冷却也将给服务器可靠性带来风险。
2017年，中国数据中心总耗电量达到1200亿～1300亿千瓦时，这个数字超过了三峡大坝和葛洲坝电厂发电量之和。据IDC预测，到2020年中国数据中心耗电量为2962亿千瓦时，2025年高达3842.2亿千瓦时。
为引导在建“数据中心建设”指导意见、准则，“液冷”也由此成为行列焦点技术。据IDC发布的《2019中国企业绿色计算与可持续发展研究报告》显示，在200多家受调查的大型企业中，超过50％已大规模部署使用模块化数据中心，液体冷却等“绿色计算”技术。
液体冷却早在半个世纪1966年前，IBM公司最早将液冷系统运用在System/360型91大型计算机中，这款产品引领了当时的技术风潮，超高性能被用在太空探索，全球气候预测等科学计算领域。
此后，液冷技术长期活跃在服务器与主机领域。据了解，中科曙光在2012年便立项液冷技术，并在2015年推出国内首款标准化量产的冷板式液冷服务器，当年为研究大气圈、生物圈等圈层间联系的地球系统数值模拟装置原装机，提供了“冷板液冷”技术，实现了液冷在国内的首次规模部署。中科曙光在世界范围内实现首次刀片式浸没相变液冷技术的大规模部署。它主要是通过冷却液沸腾过程来带走热量，效果更加显著。目前，中科曙光累计部署的液冷服务器已达数万台，技术上液冷已有足够积累，取代风冷只是时间问题。
因特尔(Intel)Mobilep4-M芯片功率为30多瓦，而Pentium4@GHz芯片所消耗的功率高达75瓦，由此可见电流所带来的高温度会降低芯片的稳定工作性能，增加出错率，同时模块内部与其外部环境间所形成的热应力会直接影响到芯片的电性能、工作频率、机械强度及可靠性。Inte公司负责芯片内部设计的首席技术官帕特盖欣格指出：“目前，我们在设计和制造芯片时仅受到生产成本的限制。但放眼看去，耗能和散热将成为一个根本性的限制，我们必须在芯片总体设计中认真考虑这两个问题。”“如果芯片耗能与散热问题得不到解决将极大制约计算机发展空间，其芯片内部温度会达到火箭发射时高温气体喷嘴的水平”。因此，为了能够使器件发挥最佳性能并确保高可靠性，对传热设计工作应予以高度重视。由于芯片应用的范围广，相应冷却市场需求十分巨大。仅以计算机CPU所需的散热组件，如风扇及鳍片等产品每年约有50％至100％不断增加。
芯片温度高低极大限制了芯片的工作频率，换句话说，芯片工作频率的提高必然导致其产热量不断突破以往的水平。而另一方面，电子器件工作在70℃～80℃水平时，每增加一度，其可靠性降低25％。因此，如何将极高的产热量有效排掉，并将芯片温度保持在较低水平已成为一个亟待解决的问题，事实上不仅对于计算机芯片，对于航空电子设备、功率电子设备、光电器件以及近年来迅速发展的微纳米电子机械系统，生物芯片等都存在类似的广泛而迫切的散热冷却需要，有的情况下要求甚至可能更高，譬如：一些热流密度高达10w/㎝2。除需要具备很强的散热能力之外，芯片的工作特点决定了其冷却系统还需要满足可靠性、性价比、集成三个方面需求。冷却系统的可靠性对于芯片的正常工作具有重要意义，一旦冷却失效往往可能导致芯片烧毁。尽管可通过设置温度感应元件来随时检测温度芯片是否会被烧毁。随着芯片功耗增加，液冷方案将会取代风冷。当前，液冷还没有完全取代风冷，主要是液冷设计比较复杂，需要配置循环泵，阀门、流体控制元件，这些元件本身使用寿命也决定了液冷工作期限，其可靠性受到一定的限制。
细分看来，可划分板卡冷却和芯片冷却。芯片厂商可能会介入现有的散热片+水泵+冷头的解决方案，或者说介入相对系统较大的冷却，板卡冷却等环节。而芯片厂商则主要致力于发展集成性更好的芯片上冷却方案，比如采用MEMS技术实现芯片冷却等。
芯片技术发展对高性能冷却的迫切要求与实际应用的广阔市场空间，使得对极高热流密度芯片，微系统散热冷却研究一直成为非常重要而又活跃的研究领域。尤其是外部散热器件的外热阻，这需要从冷却方式入手、材料结构以及系统级的优化设计入手。
从散热方式上看，芯片冷却可分为被动及主动式散热两种。前者的特点在于芯片温度始终在环境温度以上工作，没有制冷设备，而后者则一定包含用以获取较低温度的制冷相关设备，从而可以将芯片温度降低至一个低于环境温度的水平上。毫无疑问，后者便于提高芯片的工作性能，但其可靠性低于前者，并且需要更多的能耗，因而向环境排放的热量也就更多，而这部分热量最终还是需要采用被动式散热的方式排放到环境中去。
芯片冷却中输送热量的介质涉及到流体(气液)、声子、电子和光子五种。现在普遍采用风扇+散热片散热方式即为一种典型的气冷方式通过扩张肋片，改进气流分布，增大风压风量方式的散热能力已经趋近极限了，毕竟芯片表面积太小，还有服务器空间有限，所以，此方式难以适应功耗继续增加的需要，特别是在像笔记本电脑等便携式设备受制于狭小空间更是如此。液体因单位热容相对空气大许多，因而以之作为循环工质的冷却方式能提供更高的冷却效率，可望是一种较佳的选测，若考虑相变传热后，则更有利于实现高能量密度热量的转移。
下面我们再来看看光伏板散热的重要性，一般是光照强度越大发电效率就越高，光照强度为800w/㎡时其输出负载可达最佳，可从夏季的12％增涨到冬季的16％。可见，光电转换系数随着季节的环境也在变化。都是在晴天条件下日转换系数从9～10％逐级上升到13～14％在这个时期由于太阳仰角逐渐降低，光伏板接受的能量也在减少，造成转换系数的降低，但对于倾斜安装的光伏板，每天中午仅从900w/㎡降到800w/㎡，影响不大，而秋天到冬季温度从二十几度到零下十几度的激烈下降，导致最终的结果是转换效率上升。其光电转换效率随着温度下降而升高，温度下降40℃转换效率可上升4％～5％。
光强、温度和云对光伏板光电转换效率都有明显影响，在东北，温度升高导致效率下降，从夏季到冬季可从约10％变至16％；而每天日出日落光强的变化光电转换效率可由百分之几到百分之十几。由于环境的日变化是不可避免的，因此，用日平均转换效率计算光伏板所得到的发电量比较合理。用日平均转换效率值的月和年变化可衡量气候对光伏板发电的影响。
光伏板的光电转换效率随着天气变冷而增加，在光照强度为800w/㎡输出负载最佳时，可从夏季的12％增涨到冬季的16％。
我们再来看看LED灯冷却散热的重要性，LED灯工作温度过高会对LED造成永久破坏，温度超过芯片所承受的的温度将会使LED的发光效率快速下降，产生明显的光衰甚至是毁坏。当温度超过120℃，封装材料会向橡胶状转变，并且热胀系数骤升，从而导致LED开路和失效。LED的使用寿命表现为光衰，也就是时间长了亮度越来越低，直到最后熄灭，当光衰30％时也就是其使用寿命截止。另外，在高温条件下，材料内的微缺陷及来自界面与电板的杂质也会引起发光区形成大量的深能级，同样加速LED器件的光衰。所以，高温是造成LED光衰，缩短LED使用寿命的主要根源。当温度从115℃提高到135℃时其使用寿命从50000小时缩短至20000小时。
温度升高会降低LED的发光效率，由于温度升高LED的电子与空穴浓度会增加，禁带宽度会减小；势井中电子与空穴的复合辐射几率降低，造成非辐射复合产生热量，从而降低LED的内量子效率；当温度升高时还会造成芯片蓝光波峰向长波方向偏移，使芯片发射的长波和荧光粉所激发的波长不匹配，也会造成白光LED外部光提取效率降低；随着温度上升，荧光粉量子效率降低，出光减少，LED的外部光提取效率降低；硅胶性能受到环境温度影响较大，随着温度升高，硅胶内部的热应力加大，导致硅胶的折射率降低，从而影响LED的光效。
不管是光伏板也好，还是服务器电脑芯片及LED等芯片也罢，它们工作时所产生的温度极大影响其效率与其使用寿命，为了解决上述问题还有芯片工作稳定性及可靠性，本发明专利提出一种采用半导体制冷晶片来冷却芯片及光伏板，并配合相适宜热传导方式采用水冷方法，因为水冷比风冷更有优势，水冷方式耗能更少，由于水蒸发可以实现比环境空气温度还低的湿球温度。通过本发明专利相关流程设计，同时还利用芯片所产生的热量进行温差发电，尤其是大数据运算中心的芯片散热是一个老大难问题，全世界都为之困惑，为了降低能耗有些发达国家把数据中心建在北极或者海底，因为数据中心为了冷却芯片其耗能超过了整个数据中心电能耗的一半以上。根据能量守恒定律我们知道即便数据中心服务器工作所耗电能全部转为热能了，也不应该有超过电能转变为热能的电量来为其冷却，也就是说冷却这部分热量所耗的电能已超过被冷却热量几倍，原因在于芯片面积太小了，且其温度又非常高，有些芯片热流密度高达10w/㎝2，如此大的热流密度将需要几百倍散热面积来应对空气进行热量交换，在非常有限的空间里，如何连接这么多散热翅片简直是不可能的事情，因为空气换热系数比之芯片来说小了几个数量级了，如何把芯片热量带到空气中去确实非常麻烦，把一个非常小的面积近似质点的高热流密度的热量带走难度是非常大的，许多科技工作者作出了巨大的努力，也设计创新了许多散热方式也不是非常理想，包括采用热管技术，水冷及风冷已到达极限了，甚至还有直接喷水，或者制冷机直接应对，还有半导体制冷片应用都有了，也不是那么凑效。因为随着芯片集成度进一步提高，虽然整个芯片耗电量在减少，但芯片单位体积所产热量并没有减少，反而散热处理变得更加刺手了，以往所采取加大风量方式来为芯片降温方式的作用意义不大，已经走到尽头，我们必须改变策略，改规模化制冷为高强度制冷，虽然目前也有高强度制冷方式，如半导体制冷片为芯片降温，但那种半导体制冷降温芯片所把芯片热量带到空气中去是采用热管来完成的，这不仅成本高，而且带走热量速度并不可观，这是由于热管散热翅片在这种环境中是无法拓展更多的散热翅片以针对空气进行换热，导致其热管内相变工质循环速度受到限制，也无法实现远距离输送热量，所散热的热量还是滞留在机房里，还须再通过第二次针对机房来降温，这样所耗之能巨大。还有最近开发的刀式浸没的冷却方式虽然可以实现远距离输送热量，但结构复杂成本高，占用机房空间大，尤其还有会降低芯片运行的可靠性，主要是凝结水存在所带来的困惑。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种基于半导体晶片的散热装置，以解决现有技术中芯片的散热装置散热性能欠佳或者缺乏温差发电的技术设计的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供的基于半导体晶片的散热装置，包括半导体晶片与至少一个导热组件；所述导热组件包括导热板、导热肋与导流传热件，所述导热肋立设于所述导热板，所述导流传热件贯穿所述导热肋，且所述导流传热件上形成有流体通道；
所述半导体晶片的第一端面贴设于所述导热板，所述半导体晶片的第二端面贴设于外置的散热件；所述流体通道中通过冷流体；
或者，所述半导体晶片夹设于两个所述导热板之间；两个所述导热板的流体通道分别通过的存在温差且流动方向相逆的两股流体；
其中，所述半导体晶片的第一端面的电臂与第二端面的电臂均与直流供电装置连接，以实现所述半导体晶片的第一端面与第二端面之间的热量传递；
或者，所述半导体晶片的第一端面的电臂与第二端面的电臂分别与电器负荷连接，以实现所述半导体晶片的第一端面与第二端面之间的温差发电。
优选地，当所述半导体晶片的第一端面贴设于所述导热板，所述半导体晶片的第二端面贴设于外置的散热件时；
一个所述半导体晶片的第一端面贴设于一个所述导热板；或者，多个所述半导体晶片的第一端面贴设于一个所述导热板；一个所述半导体晶片的第二端面贴设于一个所述散热件；或者，多个所述半导体晶片的第一端面贴设于一个所述散热件。
优选地，所述导流传热件的数量至少为一个。
优选地，所述导流传热件为导流柱或者导流管；
所述导流柱为单孔式导流柱或者多孔式导流柱；
所述导流管的数量为多个。
优选地，当一组所述散热装置中，所述半导体晶片的第一端面贴设于所述导热板，所述半导体晶片的第二端面贴设于外置的散热件时；
各个导热组件的流体通道依次相连通，以形成一种串联形式；
或者，各个导热组件的流体通道的同一端均相连通，形成一种并联形式；
或者，各个导热组件的流体通道分为两小组，一小组导热组件中，各所述流体通道依次相连通；另一小组导热组件中，各个导热组件的流体通道的同一端均相连通，将两小组导热组件中的流体通道相连通，以形成一种混联形式；
当另一组所述散热装置中，所述半导体晶片夹设于两个所述导热板之间时；
位于所述半导体晶片的同一侧的流体通道依次相连通，以形成一种串联形式；
或者，各所述导热组件的流体通道的同一端均相连通，以形成一种并联形式；
或者，各个导热组件的流体通道分为两小组，一小组导热组件中，位于所述半导体晶片中的同一侧的流体通道依次相连通；另一小组导热组件中，各个所述导热组件的流体通道的同一端均相连通；将两小组导热组件中的流体通道相连通，以形成一种混联形式。
优选地，当一组所述散热装置中的所述半导体晶片的第一端面贴设于所述导热板，所述半导体晶片的第二端面贴设于外置的散热件，且所述半导体晶片的第一端面的电臂与第二端面的电臂均与直流供电装置连接，以实现所述半导体晶片的第一端面与第二端面之间的热量传递时；
所述散热装置还包括循环泵与冷却塔，所述循环泵用于将所述冷却塔中的冷却液通入所述流体通道后，又送回所述冷却塔；
所述冷却塔用于降低进入塔内的冷却液的温度。
优选地，当另一组所述散热装置中所述半导体晶片夹设于两个所述导热板之间，且所述半导体晶片的第一端面的电臂与第二端面的电臂分别与电器负荷连接，以实现所述半导体晶片的第一端面与第二端面之间的温差发电时；
所述循环泵用于将所述冷却塔中的冷却液通入一组所述散热装置中的流体通道后，又送入另一组所述散热装置中位于所述半导体晶片的一侧的流体通道，最终送回所述冷却塔；
所述冷却塔用于降低进入塔内的冷却液的温度；
所述循环泵还用于将冷却后的冷却液送入另一组所述散热装置中位于所述半导体晶片的另一侧的流体通道后，送回所述冷却塔。
为解决上述技术问题，本发明还提供一种光伏板电站，包括多个光伏板组件、循环泵、冷却塔及所述的基于半导体晶片的散热装置；
一组所述散热装置中的所述半导体晶片的第一端面贴设于所述导热板，所述半导体晶片的第二端面贴设于外置的散热件，且所述半导体晶片的第一端面的电臂与第二端面的电臂均与直流供电装置连接，以实现所述半导体晶片的第一端面与第二端面之间的热量传递；其中，所述散热件为所述光伏板组件；
另一组所述散热装置中所述半导体晶片夹设于两个所述导热板之间，且所述半导体晶片的第一端面的电臂与第二端面的电臂分别与电器负荷连接，以实现所述半导体晶片的第一端面与第二端面之间的温差发电；
所述循环泵用于将所述冷却塔中的冷却液通入一组所述散热装置中的流体通道后，又送入另一组所述散热装置中位于所述半导体晶片的一侧的流体通道，最终送回所述冷却塔；
所述冷却塔用于降低进入塔内的冷却液的温度；
所述循环泵还用于将冷却后的冷却液送入另一组所述散热装置中位于所述半导体晶片的另一侧的流体通道后，送回所述冷却塔。
本发明提供的基于半导体晶片的散热装置中，所述散热件可以是芯片或者光伏板。
所述半导体晶片的第一端的电臂与第二端的电臂均与直流供电装置连接，以实现所述半导体晶片的第一端面与第二端面之间的热量传递；从而实现利用半导体晶片在散热件与冷流体之间，实现高效的热量传递，实现高效的对散热件散热。
或者，所述半导体晶片的第一端的电臂与第二端的电臂分别与电器负荷连接，以实现所述半导体晶片的第一端与第二端之间的温差发电。从而创新性的利用半导体两端面之间的温差，进行温差发电，极大的提高了能源的利用率。
附图说明
图1为本发明提供的散热装置的第一实施例的结构示意图；
图2为本发明提供的散热装置的第二实施例的结构示意图；
图3为本发明提供的散热装置的第三实施例的结构示意图；
图4为本发明提供的散热装置的第四实施例的结构示意图；
图5为本发明提供的散热装置的第五实施例的结构示意图；
图6为本发明提供的散热装置的第六实施例的结构示意图；
图7为本发明提供的散热装置的第七实施例的结构示意图；
图8为本发明提供的散热装置的第八实施例的结构示意图；
图9为本发明提供的光伏板发电站的一较优实施例的设计原理图。
附图标号说明：
1/8-半导体晶片、2/10-导热板，3/11-导热肋、4/5/9-导流传热件、6/12-流体通道、7/14-散热件；
13-光伏板的背面；
15-光伏板电站、16/22-冷却塔、17/21-循环泵；
18-另一组散热装置、19-一组散热装置、20-代表多个导热组件。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
本发明提供一种基于半导体晶片1的散热装置。为方便叙述，本发明中基于半导体晶片1的散热装置可以简称为散热装置。
第一实施例
请参阅图1，本发明提供的基于半导体晶片的散热装置，包括半导体晶片1与至少一个导热组件；所述导热组件包括导热板2、导热肋3与导流传热件5，所述导热肋3立设于所述导热板2，所述导流传热件5贯穿所述导热肋3，且所述导流传热件5上形成有流体通道6；
所述半导体晶片1的第一端面贴设于所述导热板2，所述半导体晶片1的第二端面贴设于外置的散热件7；所述流体通道6中通过冷流体；
其中，所述半导体晶片1的第一端面的电臂与第二端面的电臂均与直流供电装置连接，以实现所述半导体晶片1的第一端面与第二端面之间的热量传递；
或者，所述半导体晶片1的第一端面的电臂与第二端面的电臂分别与电器负荷连接，以实现所述半导体晶片1的第一端面与第二端面之间的温差发电。
本发明提供的散热装置的半导体晶片1的散热的原理如下：
半导体晶片1是由多个串联电偶堆及并联式电偶堆组成，这与现行的半导体制冷片有着相同的基本结构形式。
在原理上，半导体制冷片是一个热传递的工具。当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成的热电偶对中有电流通过时，两端之间就会产生热量转移，热量就会从一端面转移到另一端面，从而产生温差形成冷热端。
当散热件7的温度高于冷流体的温度时，所述半导体晶片1的第二端面和第一端面，即为温差形成的热端和冷端。
本发明提供的散热装置的半导体晶片1的温差发电的原理如下：
塞贝克效应
一八二二年德国人塞贝克发现当两种不同的导体相连接时，如两个连接点保持不同的温差，则在导体中产生一个温差电动势：ES＝S.△T式中：ES为温差电动势；S为温差电动势率(塞贝克系数)；△T为接点之间的温差。
当一所述半导体晶片1的第一端面的电臂与第二端面的电臂分别与电器负荷连接时，基于塞贝克效应的原理，半导体晶片1的第一端面的与第二端面之间产生了电势能，并为电器负荷提供电压及电流。
本实施例中，所述散热件7可以是芯片或光伏板。
本实施例中，一个所述半导体晶片1的第一端面贴设于一个所述导热板2；或者，多个所述半导体晶片1的第一端面贴设于一个所述导热板2；一个所述半导体晶片1的第二端面贴设于一个所述散热件7；或者，多个所述半导体晶片1的第一端面贴设于一个所述散热件7。
作为本实施例的一种可选的方式，一个所述半导体晶片1的第一端面贴设于一个所述导热板2，一个所述半导体晶片1的第二端面贴设于一个所述散热件7。
所述导流传热件5的数量至少为一个。所述导流传热件5为导流柱或者导流管；
所述导流柱为单孔式导流柱或者多孔式导流柱；所述导流管的数量为多个。
作为本实施例的一种可选的方式，所述导流传热件5的数量为一个，所述导流传热件5为导流柱；所述导流柱为单孔式导流柱。
当一组所述散热装置中，所述半导体晶片1的第一端面贴设于所述导热板2，所述半导体晶片1的第二端面贴设于外置的散热件7时；
各个导热组件的流体通道6依次相连通，以形成一种串联形式；
或者，各个导热组件的流体通道6的同一端均相连通，形成一种并联形式；
或者，各个导热组件的流体通道6分为两小组，一小组导热组件中，各所述流体通道6依次相连通；另一小组导热组件中，各个导热组件的流体通道6的同一端均相连通，将两小组导热组件中的流体通道6相连通，以形成一种混联形式；
当所述半导体晶片1的第一端面的电臂与第二端面的电臂均与直流供电装置连接，以实现所述半导体晶片1的第一端面与第二端面之间的热量传递时；
借助半导体晶片1通以直流电其冷侧温度较低优势形成大温差换热，热量从高温区快速流向低温区，并利用载流子把热量转移至其热侧的导热板2，再通过导热肋3传至导热管或导热柱，然后通过流体在导热管里循环吸热，并通过流体把热量带到冷却装置里或带到半导体温差发电装置里实现温差发电。
第二实施例
请参阅图2，基于本发明的第一实施提出的一种基于半导体晶片的散热装置，本发明的第二实施例提出另一种散热装置，其不同之处在于，所述导流传热件4的数量为多个，所述导流传热件4为导流管。
第三实施例
请参阅图3，基于本发明的第一实施提出的一种基于半导体晶片的散热装置，本发明的第三实施例提出另一种散热装置，其不同之处在于，所述导流传热件5的数量为一个，所述导流传热件5为导流柱；所述导流柱为多孔式导流柱。
第四实施例
请参阅图4，基于本发明的第一实施提出的一种基于半导体晶片的散热装置，本发明的第四实施例提出另一种散热装置，其不同之处在于，所述导流传热件9的数量为一个，所述导流传热件9为导流柱；所述导流柱为多孔式导流柱。
多个所述半导体晶片8的第一端面贴设于一个所述导热板10。
第五实施例
请参阅图5，基于本发明的第一实施提出的一种基于半导体晶片的散热装置，本发明的第五实施例提出另一种散热装置，其不同之处在于，一个导热组件中，所述导流传热件5的数量为一个，所述导流传热件5为导流柱；所述导流柱为多孔式导流柱。
一个所述半导体晶片1的第一端面贴设有多个所述导热板2，一个所述半导体晶片1的第二端面贴设于一个所述散热件14。
本实施例中，所述散热件14可以是光伏板组件。所述半导体晶片1的第二端面贴设于一个所述光伏板的背面13。
冷却液可以是冷却水，冷却水通过多孔式导流柱的流体通道6，冷却水可以把半导体晶片1转移来的热量带到冷却塔冷却；或者带到半导体温差发电装置里实现温差发电。
第六实施例
请参阅图6，本发明提供的基于半导体晶片1的散热装置，包括半导体晶片8与至少一个导热组件；所述导热组件包括导热板2、导热肋3与导流传热件4，所述导热肋3立设于所述导热板2，所述导流传热件4贯穿所述导热肋3，且所述导流传热件4上形成有流体通道6；
所述半导体晶片8夹设于两个所述导热板2之间；两个所述导热板10的流体通道12分别通过的存在温差且流动方向相逆的两股流体；
其中，所述半导体晶片8的第一端面的电臂与第二端面的电臂均与直流供电装置连接，以实现所述半导体晶片1的第一端面与第二端面之间的热量传递；
或者，所述半导体晶片8的第一端面的电臂与第二端面的电臂分别与电器负荷连接，以实现所述半导体晶片1的第一端面与第二端面之间的温差发电。
当另一组所述散热装置中，所述半导体晶片8夹设于两个所述导热板10之间时；
位于所述半导体晶片8的同一侧的流体通道12依次相连通，以形成一种串联形式；
或者，各所述导热组件的流体通道12的同一端均相连通，以形成一种并联形式；
或者，各个导热组件的流体通道12分为两小组，一小组导热组件中，位于所述半导体晶片8中的同一侧的流体通道12依次相连通；另一小组导热组件中，各个所述导热组件的流体通道12的同一端均相连通；将两小组导热组件中的流体通道12相连通，以形成一种混联形式。
本发明提供的散热装置的半导体晶片8的散热的原理如下：
半导体晶片8是由多个串联电偶堆及并联式电偶堆组成，这与现行的半导体制冷片有着相同的基本结构形式。
在原理上，半导体制冷片是一个热传递的工具。当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成的热电偶对中有电流通过时，两端之间就会产生热量转移，热量就会从一端面转移到另一端面，从而产生温差形成冷热端。
当通过一个流体通道12的流体的温度高于通过另一个流体通道12的流体的温度时，所述半导体晶片1的第一端面和第二端面，即为温差形成的热端和冷端。
当通过一个流体通道12的流体的温度低于通过另一个流体通道12的流体的温度时，所述半导体晶片8的第一端面和第二端面，即为温差形成的冷端和热端。
为方便叙述，不妨定义两股流体中，温度较高的流体为热流体；温度较低的流体为冷流体。
本发明提供的传热装置的半导体晶片8的温差发电的原理如下：
塞贝克效应
一八二二年德国人塞贝克发现当两种不同的导体相连接时，如两个连接点保持不同的温差，则在导体中产生一个温差电动势：ES＝S.△T式中：ES为温差电动势；S为温差电动势率(塞贝克系数)；△T为接点之间的温差。
当一所述半导体晶片8的第一端面的电臂与第二端面的电臂分别与电器负荷连接时，基于塞贝克效应的原理，半导体晶片8的第一端的与第二端之间产生了电势能，并为电器负荷提供电压及电流。
所述半导体晶片8的第一端面的电臂与第二端面的电臂分别与电器负荷连接，以实现所述半导体晶片8的第一端面与第二端面之间的温差发电时；
半导体晶片8夹于冷热传热板间；热侧多孔式导流柱的流体通道12流通热流体；
冷侧多孔导流柱的流体通道12流通冷流体，借助两侧流体温差实现半导体晶片8产生直流电。
第七实施例
请参阅图7，基于本发明的第一实施提出的一种基于半导体晶片1的散热装置，本发明的第七实施例提出另一种散热装置，其不同之处在于：
当一组所述散热装置19中的所述半导体晶片1的第一端面贴设于所述导热板2，所述半导体晶片1的第二端面贴设于外置的散热件7，且所述半导体晶片1的第一端面的电臂与第二端面的电臂均与直流供电装置连接，以实现所述半导体晶片1的第一端面与第二端面之间的热量传递时；
所述散热装置还包括循环泵21与冷却塔22，所述循环泵21用于将所述冷却塔22中的冷却液通入所述流体通道6后，又送回所述冷却塔22；
所述冷却塔22用于降低进入塔内的冷却液的温度。
本实施例中，一组所述散热装置19中各个导热组件的流体通道6的同一端均相连通，形成一种并联形式。
该实施例流程示意图是并联结构，当然还可以采用串联，或者串联与并联相结合的混联形式，一般情况下以并联结构形式为主。
本实施例中，散热件7可以为芯片。
机房电脑服务器芯片热量通过半导体制冷片来降温，而半导体晶片1所产生的热量被导热板2及导热肋3传至导流管内的流体，该流体获热后通过循环泵21再把热量带到冷却塔22里与空气进行热量交换，从而实现芯片的降温的目的。
第八实施例
请参阅图8，基于本发明的第六与第七实施提出的基于半导体晶片1的散热装置，本发明的第八实施例提出另一种散热装置，其不同之处在于：
当另一组所述散热装置中所述半导体晶片1夹设于两个所述导热板2之间，且所述半导体晶片1的第一端面的电臂与第二端面的电臂分别与电器负荷连接，以实现所述半导体晶片1的第一端面与第二端面之间的温差发电时；
所述循环泵21用于将所述冷却塔22中的冷却液通入一组所述散热装置中的流体通道6后，又送入另一组所述散热装置中位于所述半导体晶片1的一侧的流体通道6，最终送回所述冷却塔22；
所述冷却塔22用于降低进入塔内的冷却液的温度；
所述循环泵21还用于将冷却后的冷却液送入另一组所述散热装置中位于所述半导体晶片1的另一侧的流体通道6后，送回所述冷却塔22。
本实施例中，另一组所述散热装置中各所述导热组件的流体通道6的同一端均相连通，以形成一种并联形式。
该实施例是针对芯片降温同时；
还可以利用芯片所产生的热量实现温差发电，即实现芯片散热节能目的，也可以实现温差发电目的，是一举多得的事情。
若导流管或者导流柱的流体通道6为微通道，我们须考虑冷却塔22采用闭式循环，可防止空气中灰尘进入循环冷却水系统而导致堵住微通道影响其换热效果。
该实施例是这样实现的；
当芯片产生热量被半导体制冷晶片转移至导热板2及导热肋3，再通过导热肋3把热量传导给导流管内部的流体(冷却液)，该冷却液获得热量温度升高后就进入到半导体温差发电装置里的每一个热侧导热管里，再把部分热量转变为半导体晶片1电子的势能。
每一个半导体晶片1电臂导线可以是并联也可以是串联，电势可以转变为直流电电流，并为负荷提供电能量，该电能量可以直接去驱动半导体制冷片工作，这样就节省了为芯片降温所耗的电能量了。
最后载有热量的流体在半导体温差发电晶片里释放了部分热量后被循环泵17打入冷却塔16里把热量交给了空气，而冷却水从冷却塔16出来其温度可以低于环境空气的温度，并再次分别进入半导体制冷晶片的导热管里和半导体温差发电装置冷侧导热管内，就这样周而复始地实现了冷却液的循环过程。
导热管相互连接方式在此不受任何限制，只要可以达到它们相互连通目的，并适合其环境安装条件就可以了，它们可以采用各种软管紧箍连接，或者丝扣连接等，所述导热管相互连接方式在此不加以一一赘述了。
本发明专利具有如下显著优势：
1、采用半导体制冷晶片直接针对芯片近似质点高强度大温差换热，因为高效半导体制冷晶片冷侧可以达到-60℃以下，而热侧甚至可以达到100℃以上，利用半导体制冷晶片来把芯片或光伏板热量转移至半导体制冷片热侧，再通过导热板2把热量转移出去，突破换热面积受限的第一道瓶颈，让热量脱离芯片使其能够稳定工作。
2、采用液态水在半导体晶片1热侧传热装置流体通道6里快速进行热交换，首先是把半导体制冷晶片热侧热量通过良好的导热材料转移至适合液体换热的通道里，并且换热面积扩大5～20倍，因为更多地扩大换热面积不是很现实的，然后再利用水在此换热通道里获取热量，可想而知水的换热能力是空气的66倍，这具有显著的优势了，这比采用热管来实现二次传热强多了，因为水是可以通过循环泵17来增强其循环倍率的，而热管工质却受制于换热翅片无法进一步拓展，还有空气换热能力比水小得多缘故，而且水可以实现远距离输送热量，这里表现的也是高强度的换热，采用了大温差换热方式，这也是受制于半导体晶片1热交换面积太小的缘故，与现有技术不同之处就是可以采用大流量循环速度来弥补其换热面积不够的局限性。
通过两道高强度换热方式后，就解决了这种换热的两道瓶颈，液体换热带来了远距离输送热量的便利之后，完全可以轻易实现大面积与空气进行热量交换了，并且还可以实现冷却水非常接近湿球温度，只要愿意加大冷却塔22散热面积及加大冷却风量就可以了，那么冷却水是可以低于环境空气的温度来实现冷却的目的。
优化冷却流程，可有效解决换热过程中的瓶颈，而且是在不降低芯片运行可靠性的基础上来实现芯片工作的稳定性，因为芯片及半导体制冷晶片完全可以实现与空气温度接近或者采取隔离办法来防止凝结水的产生。
可实现芯片降温的高效性与低成本运行，同样也可以针对光伏板及芯片降温同时来提高光伏板光电转换效率，还可以利用光伏板背面的热量及芯片所产生的热量进行温差发电，用于LED灯一样可以提高其产光效率，还可以延长其使用寿命。
本发明专利除了具有很强的散热能力之外，还能够满足芯片工作可靠性、性价比高、集成度高三个方面的需求。
超强度换热无非是采用加大温差或加大换热流体循环量办法来实现，因为质点高温热量移去是多么的困难，无法增加换热面积来实现，采用空气直接换热力度又太弱了，只有分几个换热阶段才能够把热量转移出来，先采用大温差，然后适度扩大换热面积，再采用比空气换热能力强66倍的水，这样芯片热量就被取出来了，那么热量到了冷却塔16里就好办了。
本发明专利是这样实现高效散热的，从外部散热器件的外热阻以及从冷却方式、材料结构以及系统级的优化设计入手。
采用高效半导体制冷晶片贴于芯片或光伏板背面，通过半导体载流子吸热，并把热量转移至热侧，这相当于分子热泵(或电子热泵)；
再通过本发明专利所设置的导热板2及导热肋3把热量传导至流体通道6内，该流体通道6换热面积比芯片表面积扩大了5倍以上，再配合比空气换热能量强66倍的水在通道里获取热量，这至少比直接与空气换热增强了400～2000倍的换热能力了，就这样突破了换热瓶颈的限制。
本发明提供的散热装置能够快速吸收芯片及光伏板的热量，及时把芯片工作所产生的热量带走；并提供给半导体温差发电晶片作为热源，利用此热量实现半导体温差发电目的，可以获得一举二得的功效，可广泛应用于大数据中心，电信机房，光伏发电场等许多领域，在为光伏板、LED灯、芯片散热同时，还可以实现温差发电，并保证它们高效稳定及可靠运行的多种目的。
本发明还提供一种光伏板电站15。
所述光伏板电站15包括多个光伏板组件、循环泵17、冷却塔16及所述散热装置；
一组所述散热装置中的所述半导体晶片1的第一端面贴设于所述导热板2，所述半导体晶片1的第二端面贴设于外置的散热件7，且所述半导体晶片1的第一端面的电臂与第二端面的电臂均与直流供电装置连接，以实现所述半导体晶片1的第一端面与第二端面之间的热量传递；其中，所述散热件7为所述光伏板组件；
另一组所述散热装置18中所述半导体晶片1夹设于两个所述导热板2之间，且所述半导体晶片1的第一端面的电臂与第二端面的电臂分别与电器负荷连接，以实现所述半导体晶片1的第一端面与第二端面之间的温差发电；
所述循环泵17用于将所述冷却塔16中的冷却液通入一组所述散热装置中的流体通道6后，又送入另一组所述散热装置中位于所述半导体晶片1的一侧的流体通道6，最终送回所述冷却塔16；
所述冷却塔16用于降低进入塔内的冷却液的温度；
所述循环泵17还用于将冷却后的冷却液送入另一组所述散热装置中位于所述半导体晶片1的另一侧的流体通道6后，送回所述冷却塔16。
通过其循环泵17把光伏板热量带到另一组散热装置里实现温差发电；
然后冷却水再到冷却塔16里与空气进行热量交换；
另一组散热装置的冷流体侧的流体是来自冷却塔16里的冷却水。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于半导体晶片的散热装置，其特征在于，包括半导体晶片与至少一个导热组件；所述导热组件包括导热板、导热肋与导流传热件，所述导热肋立设于所述导热板，所述导流传热件贯穿所述导热肋，且所述导流传热件上形成有流体通道；
所述半导体晶片的第一端面贴设于所述导热板，所述半导体晶片的第二端面贴设于外置的散热件；所述流体通道中通过冷流体；
其中，所述半导体晶片的第一端面的电臂与第二端面的电臂均与直流供电装置连接，以实现所述半导体晶片的第一端面与第二端面之间的热量传递。
2.如权利要求1所述的基于半导体晶片的散热装置，其特征在于，当所述半导体晶片的第一端面贴设于所述导热板，所述半导体晶片的第二端面贴设于外置的散热件时；
一个所述半导体晶片的第一端面贴设于一个所述导热板；或者，多个所述半导体晶片的第一端面贴设于一个所述导热板；一个所述半导体晶片的第二端面贴设于一个所述散热件；或者，多个所述半导体晶片的第一端面贴设于一个所述散热件。
3.如权利要求1所述的基于半导体晶片的散热装置，其特征在于，所述导流传热件的数量至少为一个。
4.如权利要求3所述的基于半导体晶片的散热装置，其特征在于，所述导流传热件为导流柱或者导流管；
所述导流柱为单孔式导流柱或者多孔式导流柱；
所述导流管的数量为多个。
5.如权利要求1所述的基于半导体晶片的散热装置，其特征在于，当一组所述散热装置中，所述半导体晶片的第一端面贴设于所述导热板，所述半导体晶片的第二端面贴设于外置的散热件时；
各个导热组件的流体通道依次相连通，以形成一种串联形式；
或者，各个导热组件的流体通道的同一端均相连通，形成一种并联形式；
或者，各个导热组件的流体通道分为两小组，一小组导热组件中，各所述流体通道依次相连通；另一小组导热组件中，各个导热组件的流体通道的同一端均相连通，将两小组导热组件中的流体通道相连通，以形成一种混联形式；
当另一组所述散热装置中，所述半导体晶片夹设于两个所述导热板之间时；
位于所述半导体晶片的同一侧的流体通道依次相连通，以形成一种串联形式；
或者，各所述导热组件的流体通道的同一端均相连通，以形成一种并联形式；
或者，各个导热组件的流体通道分为两小组，一小组导热组件中，位于所述半导体晶片中的同一侧的流体通道依次相连通；另一小组导热组件中，各个所述导热组件的流体通道的同一端均相连通；将两小组导热组件中的流体通道相连通，以形成一种混联形式。
6.如权利要求1-5中任一项所述的基于半导体晶片的散热装置，其特征在于，当一组所述散热装置中的所述半导体晶片的第一端面贴设于所述导热板，所述半导体晶片的第二端面贴设于外置的散热件，且所述半导体晶片的第一端面的电臂与第二端面的电臂均与直流供电装置连接，以实现所述半导体晶片的第一端面与第二端面之间的热量传递时；
所述散热装置还包括循环泵与冷却塔，所述循环泵用于将所述冷却塔中的冷却液通入所述流体通道后，又送回所述冷却塔；
所述冷却塔用于降低进入塔内的冷却液的温度。
7.如权利要求6所述的基于半导体晶片的散热装置，其特征在于，当另一组所述散热装置中所述半导体晶片夹设于两个所述导热板之间，且所述半导体晶片的第一端面的电臂与第二端面的电臂分别与电器负荷连接，以实现所述半导体晶片的第一端面与第二端面之间的温差发电时；
所述循环泵用于将所述冷却塔中的冷却液通入一组所述散热装置中的流体通道后，又送入另一组所述散热装置中位于所述半导体晶片的一侧的流体通道，最终送回所述冷却塔；
所述冷却塔用于降低进入塔内的冷却液的温度；
所述循环泵还用于将冷却后的冷却液送入另一组所述散热装置中位于所述半导体晶片的另一侧的流体通道后，送回所述冷却塔。
8.一种光伏板电站，其特征在于，包括多个光伏板组件、循环泵、冷却塔及如权利要求1-5中任一项所述的基于半导体晶片的散热装置；
一组所述散热装置中的所述半导体晶片的第一端面贴设于所述导热板，所述半导体晶片的第二端面贴设于外置的散热件，且所述半导体晶片的第一端面的电臂与第二端面的电臂均与直流供电装置连接，以实现所述半导体晶片的第一端面与第二端面之间的热量传递；其中，所述散热件为所述光伏板组件；
另一组所述散热装置中所述半导体晶片夹设于两个所述导热板之间，且所述半导体晶片的第一端面的电臂与第二端面的电臂分别与电器负荷连接，以实现所述半导体晶片的第一端面与第二端面之间的温差发电；
所述循环泵用于将所述冷却塔中的冷却液通入一组所述散热装置中的流体通道后，又送入另一组所述散热装置中位于所述半导体晶片的一侧的流体通道，最终送回所述冷却塔；
所述冷却塔用于降低进入塔内的冷却液的温度；
所述循环泵还用于将冷却后的冷却液送入另一组所述散热装置中位于所述半导体晶片的另一侧的流体通道后，送回所述冷却塔。
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