CN209263402U - 一种热传递方向控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公布了一种热传递方向控制装置，包括半导体制热制冷组件、冷源、VOCs吸附解吸管。半导体制热制冷组件包括PN半导体层、热片、冷片、导热片、密封材料。PN半导体层包括P型半导体、N型半导体和导流体。冷源、半导体制热制冷组件和VOCs吸附解吸管紧靠在一起。在VOCs超低温冷冻捕集时，半导体制热制冷组件不接入电流，冷源的温度通过半导体制热制冷组件传导到VOCs吸附解吸管。在热解吸时，VOCs吸附解吸管和半导体制热制冷组件都接入电源，VOCs吸附解吸管和冷源的温度互相不影响。本实用新型实现对VOCs在线监测系统中的冷阱和热解吸装置之间的热传递方向的有效控制，减少能源浪费，提高解析组件的温度均匀性。

Description

一种热传递方向控制装置

技术领域

本实用新型属于环境监测、制冷制热控制技术领域，涉及热传递控制技术，尤其涉及一种采用半导体组件的热传递方向控制装置。

背景技术

半导体制冷技术是基于帕帖尔效应，N型半导体单元和P型半导体单元交替排列，定向通入直流电会将半导体节内的热量持续地向一个方向主动富集，达到同时制热制冷的目的。

在大气挥发性有机物(VOCs)在线监测系统中，采用能够致冷达到-150℃以下的超低温冷阱作为超低温捕集的致冷源。大气中VOCs被超低温冷冻捕集，需要加热解吸出来才能进行分析，为使目标化合物完全迅速进入分析系统，必须将VOCs捕集腔体的温度迅速从-150℃升至100℃，使得捕集腔内化合物迅速气化，快速升温过程需要在1-2秒内完成，因此有必要将加热解吸装置与低温冷阱紧贴在一起，增加热效率进行原位加热，但由于加热相对温度高，产生的热量大，会给超低温冷阱带来较大的工作负荷，使超低温冷阱难以保持良好的运行状态，影响超低温冷阱温度的稳定性和均匀性，在规定时间难以达到要求的温度，同时超低温冷阱也会给加热装置带来较大负荷，造成较大能源浪费。

因此有必要提供一种热传递方向控制装置，可用于控制冷阱和热解吸装置之间的热传递方向。

实用新型内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种热传递方向控制装置，可用于控制VOCs在线监测系统中的冷阱和热解吸装置之间的热传递方向，减少能源浪费，提高解析组件的热传递效率和温度均匀性。

本实用新型的技术方案是：

一种热传递方向控制装置，主要包括半导体制热制冷组件；半导体制热制冷组件包括PN半导体层、热片、冷片、导热片、密封材料(如硅胶)。PN半导体层包括P型半导体、N型半导体和导流体。热片、冷片和导热片均由导热良好但不导电的特殊材料(如陶瓷)制成。

所述PN半导体层中P型半导体和N型半导体交替排列，由导流体连接两个P型半导体和N型半导体，使得一侧电流均由P型半导体流向N型半导体，另一侧电流均由N型半导体流向P型半导体。所述半导体制热制冷组件包括多个PN半导体层、多个热片、多个冷片、多个导热片，所需温差越大，采用的片数越多；多个PN半导体层之间由导热片分隔开，多个PN半导体层的两端分别被冷片和热片紧密贴合。所述PN半导体层最外侧(两端)，电流由P型半导体流向N型半导体的一侧为热片，电流由N型半导体流向P型半导体的一侧为冷片。用耐高温材料(密封材料)将各个PN半导体层与冷片、热片、导热片之间密封，即最外圈接触空气的地方密封。多个PN半导体层为并联关系。PN半导体层数量由所需温差决定，具体实施时，4层可使温差达到110度，6层温差可达140度。

利用上述热传递方向控制装置控制VOCs在线监测系统中的冷阱和热解吸装置之间的热传递方向。VOCs在线监测系统中包括冷源、VOCs吸附解吸管。所述冷源、半导体制热制冷组件和VOCs吸附解吸管紧靠在一起，半导体制热制冷组件靠近冷源的一侧为冷片，半导体制热制冷组件靠近VOCs吸附解吸管的一侧为热片，冷源持续工作。

上述热传递方向控制装置工作时，具体地，在VOCs超低温冷冻捕集时，半导体制热制冷组件不通电(不接入电源)，使得冷源的温度通过导热良好的半导体制热制冷组件传导到VOCs吸附解吸管，此时VOCs吸附解吸管不加热，管内达到冷源温度，VOCs捕集吸附在管内。在热解吸时，VOCs吸附解吸管和半导体制热制冷组件都接入电源工作，VOCs吸附解吸管被加热到设定高温，半导体制热制冷组件接入电源后靠近VOCs吸附解吸管的一侧为热片，产生热量温度升高，靠近冷源的一侧为冷片，吸收热量温度降低。从而使得VOCs吸附解吸管和冷源的温度的互相影响降到最低。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型由于采用多个PN半导体层，逐级制冷制热，上一级的冷端作为下一级的热端，使得每下一级的温度都更低，由此提高了半导体制冷制热组件的冷热温差。

2、本实用新型由于半导体制冷制热组件采用导热良好的材料，使得半导体制冷制热组件不工作时能够快速传导温度，将VOCs吸附解吸管快速降低到冷源温度。

3、本实用新型由于采用半导体制冷制热组件分隔冷源和VOCs吸附解吸管，VOCs吸附解吸管加热解吸时，半导体制冷制热组件工作，热片保持高温，冷片保持低温，使得VOCs吸附解吸管加热的温度不会传导到冷源，冷源的低温也不会影响VOCs吸附解吸管，大大降低了冷源和VOCs吸附解吸管的工作负荷，降低了VOCs吸附解吸管的加热时间，使得VOCs吸附解吸管温度均匀，不会出现靠近致冷源的一侧温度低于VOCs吸附解吸管整体温度的情况，使得管内吸附的VOCs能够同时解吸。

4、本实用新型由于采用密封材料将半导体制冷制热组件的PN半导体层密封在冷片、热片和导热片中，使得制冷时PN半导体层中不会因为接触空气中的水气而结露从而烧毁PN半导体元件。

本实用新型由于采取以上技术方案，可通过设置热传递方向控制装置控制VOCs在线监测系统中的冷阱和热解吸装置之间的热传递方向，从而减少能源浪费，提高解析组件的温度均匀性。

附图说明

图1是本实用新型提供的热传递方向控制装置的结构示意图；

其中，1为冷源，2为半导体制冷制热组件，3为VOCs吸附解吸管。

图2是本实用新型实施例提供的半导体制热制冷组件的结构示意图；

其中，21为PN半导体层；22为冷片；23为热片；24为导热片；25为密封材料；211为P型半导体；212为N型半导体；213为导流体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细地描述，但不以任何方式限制本实用新型的范围。

本实用新型实施例中，如图1所示，一种热传递方向控制装置主要包括冷源1、半导体制热制冷组件2、VOCs吸附解吸管3。

如图2所示，半导体制热制冷组件2包括PN半导体层21、冷片22、热片23、导热片24、密封材料25。PN半导体层21包括P型半导体211、N型半导体212和导流体213。热片23、冷片22和导热片24均由导热良好但不导电的特殊材料制成。

所述PN半导体层21中P型半导体211和N型半导体212交替排列，由导流体213连接两个P型半导体211和N型半导体212，使得一侧电流均由P型半导体211流向N型半导体212，另一侧电流均由N型半导体212流向P型半导体211。所述半导体制热制冷组件2包括多个PN半导体层21、热片23、冷片22、导热片24，多个PN半导体层21之间由导热片24分隔开，多个PN半导体层21两端被冷片22和热片23紧密贴合。所述PN半导体层21最外侧，电流由P型半导体211流向N型半导体212的一侧为热片23，电流由N型半导体212流向P型半导体211的一侧为冷片22。用耐高温密封材料25将各个PN半导体层21与冷片22、热片、导热片24之间密封。多个PN半导体层21为并联关系。PN半导体层21数量由所需温差决定。

所述冷源1、半导体制热制冷组件2和VOCs吸附解吸管3依次紧靠在一起，半导体制热制冷组件2靠近冷源的一侧为冷片22，半导体制热制冷组件2靠近VOCs吸附解吸管3的一侧为热片23，冷源1持续工作。在VOCs超低温冷冻捕集时，半导体制热制冷组件2不接入电流，冷源1的温度通过导热良好的半导体制热制冷组件2传导到VOCs吸附解吸管3，此时VOCs吸附解吸管3不加热，管内达到冷源温度，VOCs捕集吸附在管内。在热解吸时，VOCs吸附解吸管3和半导体制热制冷组件2都接入电源工作，VOCs吸附解吸管3被加热到设定高温，半导体制热制冷组件2接入电源后靠近VOCs吸附解吸管3的一侧为热片23，产生热量温度升高，靠近冷源1的一侧为冷片22，吸收热量温度降低。从而使得VOCs吸附解吸管3和冷源2的温度不会互相影响。

需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本实用新型，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本实用新型及所附权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本实用新型不应局限于实施例所公开的内容，本实用新型要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种热传递方向控制装置，其特征是，包括半导体制热制冷组件；

所述半导体制热制冷组件包括PN半导体层、热片、冷片、导热片、密封材料；

PN半导体层包括P型半导体、N型半导体和导流体；P型半导体和N型半导体交替排列；由导流体连接P型半导体和N型半导体，使得一侧电流均由P型半导体流向N型半导体，另一侧电流均由N型半导体流向P型半导体；电流由P型半导体流向N型半导体的一侧为热片，电流由N型半导体流向P型半导体的一侧为冷片；

热片、冷片和导热片均由导热良好但不导电的材料制成。

2.如权利要求1所述热传递方向控制装置，其特征是，所述半导体制热制冷组件的两侧分别与VOCs在线监测系统中的冷源和VOCs吸附解吸管紧靠；所述半导体制热制冷组件靠近冷源的一侧为冷片；半导体制热制冷组件靠近VOCs吸附解吸管的一侧为热片。

3.如权利要求1所述热传递方向控制装置，其特征是，所述半导体制热制冷组件中的PN半导体层、热片、冷片和导热片均为多个；多个PN半导体层之间由导热片分隔开；多个PN半导体层的两端分别被冷片和热片紧密贴合。

4.如权利要求3所述热传递方向控制装置，其特征是，多个PN半导体层为并联连接；PN半导体层的数量根据所需温差确定。

5.如权利要求1所述热传递方向控制装置，其特征是，PN半导体层与冷片、热片、导热片之间均采用密封材料进行密封。

6.如权利要求5所述热传递方向控制装置，其特征是，密封材料采用耐高温材料。

7.如权利要求1所述热传递方向控制装置，其特征是，密封材料采用硅胶。

8.如权利要求1所述热传递方向控制装置，其特征是，热片、冷片和导热片均采用导热良好但不导电的陶瓷材料。