CN210349878U - 套管式半导体组件、空调及温差发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种套管式半导体组件、空调及温差发电装置。套管式半导体组件包括第一导热管、第二导热管、外套管及多个半导体单元；半导体单元包括N型半导体、P型半导体与第一导电件，第一导电件连接N型半导体与P型半导体；间隔设置的所述N型半导体与所述P型半导体通过第二导电件连接；第一导热管内以及外套管内，分别通过存在温差且流动方向相逆的两股流体；第一导电臂与第二导电臂分别与N型半导体与P型半导体连接后，均与直流供电装置连接；或者，第一导电臂与第二导电臂均与电器负荷连接。本实用新型提供的套管式半导体组件结构紧凑，换热效率更高，可广泛应用于制冷空调及采暖空调，冰箱、冷库、温差发电、余热利用等许多领域。

Description

套管式半导体组件、空调及温差发电装置

技术领域

本实用新型涉及半导体热电技术领域，尤其涉及一种套管式半导体组件、空调及温差发电装置。

背景技术

随着半导体材料的发展，1960年出现了半导体制冷器，它是由半导体所构成的一种冷却装置。半导体制冷器对材料的要求比较高，要同时具备N型和P型两种半导体特性，还要根据需要掺入杂质来改变半导体的温差电动势率、导电率和导热率，从而使这种特殊半导体能作为制冷的材料。

目前，在中国可以见到的半导体常用材料是以碲化铋为基体的三元固溶体合金。在碲化铋中混合不纯物之后经过一系列的特殊处理制成N型或P型半导体温度差原件，其中Bi2Te3―Sb2Te3的是P型，Bi2Te3―Bi2Se3的是N型。半导体制冷器中有许许多多的P型和N型颗粒，它们之间相互紧密排列，并且与普通的导体，比如铜、铝等金属导体相连接，形成通路，接着在外面夹上两片陶瓷片，将其包裹起来，对陶瓷片也有一定的要求，首先是绝缘性好，其次是导热性好。

另外，半导体制冷元件具有其他材料制成的制冷片所不具有的一些优势：(1)环保无污染，不破坏生态，不产生有毒有害物质。(2)半导体制冷器件功率低，量小质轻，适合人们对微型化的需求。(3)不受失重、超重影响。(4)只要变换电源极性，就能切换制冷与制热模式。(5)无压缩机，有效解决由于泵振动带来的噪声影响。

因为这些优势，半导体制冷技术在低温生物学、超导技术、低温外科学、低温电子学、通讯技术、红外技术、激光技术、以及空间技术等领域具有广泛的应用前景。

半导体制冷技术是在半导体制冷技术的基础上发展起来的一项新型制冷技术，其理论基础是热电制冷原理。由于其无需制冷剂，无噪音，无污染等优势，加上常规能源短缺和太阳能源的开发利用优势，使得太阳能半导体制冷技术受到越来越多的相关学者关注，并取得很大程度的突破。

中国是一个能耗大国，如何能降低能耗，实现可持续发展，研究和开发具有环境友好型的技术就成为一种必然。半导体制冷作为一种新兴发展起来的制冷技术，是一种具有良好前景的制冷方式。由于半导体制冷具有清洁、即没有噪音污染，又没有有害物质排放，寿命长、坚固、可靠性高，稳定性好等一系列优点，符合绿色环保要求，对国民经济的可持续发展具有很重要的战略意义。目前，我国的半导体制冷领域正处于快速发展的阶段，应继续加强对该领域的研究，我国企业也应加大创新力度，完善优化系统结构，以实现半导体制冷的普遍应用。半导体制冷由于应用范围很广泛，除主要用于制冷、通风及温度控制的系统外，其他领域的涉及也很多。

因此，我们可以通过VEN数据库及CNABS数据库查到许多相关的半导体制冷、制热及温差发电的专利，其中VEN中的文献11666篇，CNABS中的文献5214篇。从1970年起半导体制冷的专利申请逐年相对稳定增长，我国应用半导体制冷的第一件专利申请出现在1987年。世界范围内在1970年～1988年这段时间申请量较少，1988年以后，申请量开始逐年稳定增长。近两年的时间里，随着半导体制冷材料的不断改进，半导体制冷技术正处于一个快速发展的时期，并且由于半导体制冷技术存在着一些缺点和不足，还有很大发展的空间，需要改进与完善的地方还有许多，半导体制冷领域的专利申请大部分都在中国，可见我国对于该领域给予了很高的重视。

半导体温差发电也是许多科技工作者研究对象，我们可以把做饭炊事温差，烧天然气、石油液化气、煤炭、沼气等等产生高温，还可以把空调、暖气温差，地下与地表温差，庭院井水、溪水与地表的温差，还可以把太阳能温差以及冬季冰雪与室内、地下的温差，等等都可以利用起来实现温差发电，以满足方便获得较经济的可持续的有足够的能量的电量要求。实验表明，对目前通常的半导体温差发电模块每提供摄氏1度的温差可相应产生约0.03V电压，可见温差小就没有实际利用价值，但随着半导体优值系数不断提高其应用前景不断看涨。半导体制冷片是由半导体所组成的一种冷却装置，于1960年左右才出现，其理论基础Peltiereffect可追溯到19世纪。这现象最早是在1821年就由一位德国科学家ThomasSeeback首先发现，不过他当时做了错误的推论，并没有领悟到背后真正的科学机理。到了1834年被一位法国表匠(同时也是兼职研究这现象的物理学家JeanPeltier)发现其背后真正的原理，这个现象直到近代随著半导体材料的进步才有了实际的应用。

半导体制冷晶片是由许多N型半导体和P型半导体之颗粒互相排列而成，而N型与P型之间用金属导体相连接而成一完整线路，通常是铜、铝或其他金属导体，最后由两片陶瓷片像夹心饼干一样夹起来，陶瓷片必须绝缘且有良好的导热性能。不仅需要N型和P型半导体特性，还要根据需求掺入的杂质来改变半导体的温差电动势率，导电率和导热率使这种特殊半导体能满足制冷的要求。目前国内常用材料是以碲化铋为基体的三元固溶体合金，其中P型是Bi2Te3—Sb2Te3，N型是Bi2Te3—Bi2Se3，采用垂直区熔法提取晶体材料。

在原理上，半导体制冷片是一个热传递的工具，实际上就是分子热泵，也可以说是原子热泵。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，热量就会从一端转移到另一端，从而产生温差形成冷热端。但是半导体自身存在电阻当电流经过半导体时就会产生热量，从而会影响热传递。而且两个极板之间的热量也会通过空气和半导体材料自身进行逆向热传递。当冷热端达到一定温差，这两种热传递的量相等时，就会达到一个平衡点，正逆向热传递相互抵消。此时冷热端的温度就不会继续发生变化。为了达到更低的温度，可以采取散热等方式降低热端的温度或把冷端的冷量带走来实现。

风扇以及散热片的作用主要是为制冷片的热端散热。通常半导体制冷片冷热端的温差可以达到40～65度之间，如果通过主动散热的方式来降低热端温度，那冷端温度也会相应的下降，从而达到更低的温度。

当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成电偶对时，在这个电路中接通直流电流后，就能产生能量的转移，电流由N型元件流向P型元件的接头时会吸收热量，成为冷端；由P型元件流向N型元件的接头释放热量，成为热端。吸热和放热的大小是通过电流的大小以及半导体材料N、P的元件对数来决定，以下三点是热电制冷的温差热电效应。

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

珀尔帖效应：一八三四年法国人珀尔帖发现了与塞贝克效应的相反的效应，即当电流流经两个不同导体形成的接点时，接点处会产生放热和吸热现象，放热或吸热大小由电流的大小来决定。

Qл＝л.Iл＝aTc

式中：Qπ为放热或吸热功率

π为比例系数，称为珀尔帖系数

I为工作电流

a为温差电动势率

Tc为冷接点温度

汤姆逊效应：当电流流经存在温度梯度的导体时，除了由导体电阻产生的焦耳热之外，导体还要放出或吸收热量，在温差为△T的导体两点之间，其放热量或吸热量为：

Qτ＝τ.I.△T

Qτ为放热或吸热功率

τ为汤姆逊系数

I为工作电流

△T为温度梯度

以上的理论直到上世纪五十年代，苏联科学院半导体研究所约飞院士对半导体进行了大量研究，于一九五四年发表了研究成果，表明碲化铋化合物固溶体有良好的制冷效果，这是最早的也是最重要的热电半导体材料，至今还是温差制冷中半导体材料的一种主要成份。约飞的理论得到实践应用后，有众多的学者进行研究到六十年代初半导体制冷材料的优值系数才达到了相当水平，半导体制冷才得到大规模的应用，也就是我们现在的半导体制冷片元件。

中国在半导体制冷技术开始于50年代末60年代初，当时在国际上也是比较早的研究单位之一，60年代中期，半导体材料的性能达到了国际水平，60年代末至80年代初是我国半导体制冷片技术发展的一个台阶。在此期间，一方面半导体制冷材料的优值系数提高，另一方面拓宽其应用领域。中国科学院半导体研究所投入了大量的人力和物力，研究出了半导体制冷片，因而才有了现在的半导体制冷片的生产及其两种产品的开发和应用。

半导体制冷具有其相应优点和特点，半导体制冷片作为特种冷源，在技术应用上具有以下的优点和特点：1、不需要任何制冷剂，可连续工作，没有污染源没有旋转部件，不会产生回转效应，没有滑动部件是一种固体片件，工作时没有震动、噪音、寿命长，安装容易。2、半导体制冷片具有两种功能，既能制冷，又能制热，制冷效率一般不高，但制热效率很高，永远大于1。因此使用一个片件就可以代替分立的加热系统和制冷系统。3、半导体制冷片是电流换能型片件，通过输入电流的控制，可实现高精度的温度控制，再加上温度检测和控制手段，很容易实现遥控、程控、计算机控制，便于组成自动控制系统。4、半导体制冷片热惯性非常小，制冷制热时间很快，在热端散热良好冷端空载的情况下，通电不到一分钟，制冷片就能达到最大温差。5、半导体制冷片的反向使用就是温差发电，半导体制冷片一般适用于中低温区发电。6、半导体制冷片的单个制冷元件的功率很小，但组合成电堆，用同类型的电堆串、并联的方法组合成制冷系统的话，功率就可以做的很大，因此制冷功率可以做到几毫瓦到上万瓦的范围。7、半导体制冷片的温差范围，从正温90℃到负温度130℃都可以实现。

半导体温差电片件应用范围很广，其主要有：制冷、加热、发电，制冷和加热应用比较普遍，有以下几个方面：1、军事方面：导弹、雷达、潜艇等方面的红外线探测、导航系统。2、医疗方面；冷力、冷合、白内障摘除片、血液分析仪等。3、实验室装置方面：冷阱、冷箱、冷槽、电子低温测试装置、各种恒温、高低温实验仪片。4、专用装置方面：石油产品低温测试仪、生化产品低温测试仪、细菌培养箱、恒温显影槽、电脑等。5、日常生活方面：空调、冷热两用箱、饮水机等。此外，还有其它方面的应用，这里就不一一提了。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是提供一种套管式半导体组件，以解决现有技术中半导体无法高效制冷制热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，本实用新型提供一种套管式半导体组件，包括第一导热管、第二导热管、外套管及多个半导体单元，所述第一导热管套入所述第二导热管后，所述第二导热管套入所述外套管，所述半导体单元设于所述第一导热管与所述第二导热管之间，且各所述半导体单元围绕所述第一导热管设置，相邻的两个所述半导体单元相对间隔设置；

所述半导体单元包括N型半导体、P型半导体与第一导电件，所述N型半导体与所述P型半导体相对间隔设置，所述第一导电件连接所述N型半导体与所述P型半导体；相邻的两个所述半导体单元之间，间隔设置的所述N型半导体与所述P型半导体通过一第二导电件连接；

其中，所述第一导热管内以及所述第二导热管与所述外套管之间，分别通过存在温差且流动方向相逆的两股流体；

一第一导电臂与一第二导电臂分别与所述N型半导体与所述P型半导体连接后，均与直流供电装置连接，以实现所述半导体单元在第一导热管与第二导热管之间传递热量；

或者，一第一导电臂与一第二导电臂分别与所述N型半导体与所述P型半导体连接后，均与电器负荷连接，以实现不同的所述半导体单元之间的温差发电。

优选地，所述第一导电臂与所述第二导电臂分别与邻近所述第二导热管的两端的所述N型半导体与所述P型半导体连接。

优选地，所述第一导电件与所述第二导热管之间设有第一绝缘导热层，所述第二导电件与所述第一导热管之间设有第二绝缘导热层。

优选地，所述N型半导体、所述P型半导体、所述第一导电件、所述第二导电件、所述第一导电臂、所述第二导电臂、所述第一绝缘导热层及所述第二绝缘导热层均呈圆环状。

优选地，所述N型半导体与所述P型半导体之间以及两个相邻的所述半导体单元之间填充有绝缘隔热材料。

优选地，所述套管式半导体组件的数量为多个；

一第一连接管连通相邻的两个所述套管式半导体组件的第一导热管，一第二连接管连通相邻的两个所述套管式半导体组件的所述第二导热管与所述外套管之间的空间，以形成一串联连接结构。

优选地，所述套管式半导体组件的数量为多个；

一第一连接管与各所述套管式半导体组件的第一导热管均连通，一第二连接管连通相邻的两个所述套管式半导体组件的所述第二导热管与所述外套管之间的空间，以形成一并联连接结构。

为解决上述技术问题，本实用新型还提供一种空调，包括第一换热器、第二换热器、第一循环泵、第二循环泵及所述的套管式半导体组件，其中，所述第一导电臂与所述第二导电臂分别与所述N型半导体与所述P型半导体连接后，均与直流供电装置连接；

所述第一循环泵用于将所述第一导热管内的一股流程抽入所述第一换热器后，又送回所述第一导热管；

所述第二循环泵用于将所述第二导热管与所述外套管之间的另一股流体抽入所述第二换热器后，又送回所述第二导热管与所述外套管之间；

其中，所述第一换热器与所述第二换热器中，其中一方为散热器，另一方为表冷器。

为解决上述技术问题，本实用新型还提供一种温差发电装置，包括热泵机组、热源装置、第一输送泵、第二输送泵及所述的套管式半导体组件，其中，所述第一导电臂与所述第二导电臂分别与所述N型半导体与所述P型半导体连接后，均与所述电器负荷连接；

所述热泵机组包括依次环绕相连蒸发器、压缩机、冷凝器及节流装置；

所述第一输送泵用于将一股流体输入所述冷凝器后，又送回所述第一导热管；所述第二输送泵用于将自所述第二导热管与所述外套管之间流入所述热源装置的另一股流体，输入所述蒸发器后，又送回所述第二导热管与所述外套管之间；

或者；所述第一输送泵用于将一股流体输入所述冷凝器后，又送回所述第二导热管与所述外套管之间；所述第二输送泵用于将自所述第一导热管流入所述热源装置的另一股流体，输入所述蒸发器后，又送回所述第一导热管。

为解决上述技术问题，本实用新型还提供一种温差发电装置，包括换热装置、压缩机、节流装置及所述的套管式半导体组件，其中，所述第一导电臂与所述第二导电臂分别与所述N型半导体与所述P型半导体连接后，均与所述电器负荷连接；

所述压缩机用于将自所述第二导热管与所述外套管之间流出的流体，输入所述换热装置后，输送至第一导热管；所述节流装置用于将自所述第一导热管流出的流体，输送至所述第二导热管与所述外套管之间；

或者；

所述压缩机用于将自第一导热管流出的流体，输入所述换热装置后，输送至所述第二导热管与所述外套管之间；所述节流装置用于将自所述第二导热管与所述外套管之间流出的流体，输送至第一导热管；

其中，所述换热装置用于加热流入的流体。

本实用新型提供的套管式半导体组件中，所述第一导热管内以及所述第二导热管与所述外套管之间，分别通过存在温差且流动方向相逆的两股流体；

一第一导电臂与一第二导电臂分别与所述N型半导体与所述P型半导体连接后，均与直流供电装置连接，以实现所述半导体单元在第一导热管与第二导热管之间传递热量；从而实现利用半导体元件在两个换热器的翅片之间，实现高效的热量传递，实现高效的制冷和制热。

或者，一第一导电臂与一第二导电臂分别与所述N型半导体与所述P型半导体连接后，均与电器负荷连接，以实现不同的所述半导体单元之间的温差发电；从而创新性的利用不同的半导体单元述的N型半导体与所述P型半导体之间的温差，进行温差发电，极大的提高了能源的利用率。

附图说明

图1为本实用新型提供的套管式半导体组件的一较优实施例的剖视图；

图2为图1所示的套管式半导体组件拆除第二导热管与外套管后的剖视图；

图3为图2所示的半导体单元的剖视图；

图4为图3所示的半导体单元的结构示意图；

图5本实用新型提供的空调的第一实施例的设计原理图；

图6本实用新型提供的空调的第二实施例的设计原理图；

图7本实用新型提供的温差发电装置的第一实施例的设计原理图；

图8本实用新型提供的温差发电装置的第二实施例的设计原理图。

附图标号说明：

7-第一导热管、13-第二导热管、15-外套管；

半导体单元(未标号)、2-N型半导体、3-P型半导体、4-第一导电件；

11-第二导电件、5-第一导电臂、6-第二导电臂；

8-第二绝缘导热层、12-第一绝缘导热层；

1-电偶管通道、14-外流体通道、9-第一间隙、10-第二间隙；

20/33-第一连接管、38-第二连接管；

16-负极、17-正极、18/37-第一换热器、19/35-第一循环泵、21/36-第二循环泵、22/34-第二换热器；

23-蒸发器，27-冷凝器、24/32-节流装置、28/30-压缩机、25-第一输送泵、29-第二输送泵、26-热源装置、31-换热装置。

本实用新型目的的实现、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

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型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。

本实用新型提供一种套管式半导体组件。

请结合参阅图1-4，套管式半导体组件包括第一导热管7、第二导热管13、外套管15及多个半导体单元，所述第一导热管7套入所述第二导热管13后，所述第二导热管13套入所述外套管15，所述半导体单元设于所述第一导热管7与所述第二导热管13之间，且各所述半导体单元围绕所述第一导热管7设置，相邻的两个所述半导体单元相对间隔设置；

所述半导体单元包括N型半导体2、P型半导体3与第一导电件4，所述N型半导体2与所述P型半导体3相对间隔设置，所述第一导电件4连接所述N型半导体2与所述P型半导体3；相邻的两个所述半导体单元之间，间隔设置的所述N型半导体2与所述P型半导体3通过一第二导电件11连接；

其中，所述第一导热管7内以及所述第二导热管13与所述外套管15之间，分别通过存在温差且流动方向相逆的两股流体；

一第一导电臂5与一第二导电臂6分别与所述N型半导体2与所述P型半导体3连接后，均与直流供电装置连接，以实现所述半导体单元在第一导热管7与第二导热管13之间传递热量；

或者，一第一导电臂5与一第二导电臂6分别与所述N型半导体2与所述P型半导体3连接后，均与电器负荷连接，以实现不同的所述半导体单元之间的温差发电。

本实用新型提供的套管式半导体组件的半导体单元的热量传递的原理如下：

当N型半导体2和P型半导体3联结成的热电偶对中有电流通过时，半导体单元的朝向第一导热管7以及朝向第二导热管13的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。

当通过所述第一导热管7的流体的温度高于通过第二导热管13与所述外套管15之间的流体的温度时，所述半导体单元朝向所述第一导热管7的一个端面为热端，所述半导体单元朝向所述第二导热管13的另一个端面为冷端，即为温差形成的热端和冷端。

当通过第一导热管7的流体的温度低于通过所述第二导热管13与所述外套管15之间的流体的温度时，所述半导体单元朝向所述第一导热管7的一个端面为冷端，所述半导体单元朝向所述第二导热管13的另一个端面为热端，即为温差形成的冷端和热端。

本实用新型提供的套管式半导体组件的半导体单元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。

不妨参阅图7，当所述第一导电臂5与所述第二导电臂6分别与电器负荷连接时，基于塞贝克效应的原理，不同的所述半导体单元之间产生了电势能，并为电器负荷提供电压及电流。

本实施例中，不妨定义，第一管体内流过流体的通道为电偶管通道1，第二管体与外套管15之间流过流体的空间为外流体通道14。相邻的两个半导体单元之间的间隙为第二间隙10；同一半导体单元内，N端半导体与P端半导体之间的间隙为第一间隙9。

第一间隙9与第二间隙10内均填充有绝缘隔热材料。

请再次参阅图2，所述第一导电臂5与所述第二导电臂6分别与邻近所述第二导热管13的两端的所述N型半导体2与所述P型半导体3连接。

请结合参阅图1与图2，本实施例中，所述第一导电件4与所述第二导热管13之间可以设有第一绝缘导热层12，所述第二导电件11与所述第一导热管7之间可以设有第二绝缘导热层8。

作为本实施例的一种优选的方式，所述N型半导体2、所述P型半导体3、所述第一导电件4、所述第二导电件11、所述第一导电臂5、所述第二导电臂6、所述第一绝缘导热层12及所述第二绝缘导热层8均呈圆环状。

所述第一导热管7与所述第二导热管13可以是导热金属管。所述第一绝缘导热层12与所述第二绝缘导热层8可以是绝缘漆或者绝缘导热油脂。所述第一导电件4与所述第二导电件11可以是导电金属环。

可以理解，在其他实施例中，所述第一导电件4与所述第二导热管13之间也可以不设有第一绝缘导热层12，所述第二导电件11与所述第一导热管7之间也可以不设有第二绝缘导热层8。所述第一导热管7与所述第二导热管13采用绝缘导热材料制成，所述第一导电件4与所述第二导热管13直接接触，所述第二导电件11与所述第一导热管7直接接触。

请参阅图5，在一实施例中，所述套管式半导体组件的数量为多个；一第一连接管20连通相邻的两个所述套管式半导体组件的第一导热管7，一第二连接管38连通相邻的两个所述套管式半导体组件的所述第二导热管13与所述外套管15之间的空间，以形成一串联连接结构。

请参阅图6，在另一实施例中，所述套管式半导体组件的数量为多个；一第一连接管33与各所述套管式半导体组件的第一导热管7均连通，一第二连接管38连通相邻的两个所述套管式半导体组件的所述第二导热管13与所述外套管15之间的空间，以形成一并联连接结构。

本实用新型还提供一种空调。

第一实施例

请参阅图5，本实用新型提供的空调的第一实施例中，空调包括第一换热器18、第二换热器22、第一循环泵19、第二循环泵21及所述的套管式半导体组件，其中，所述第一导电臂5与所述第二导电臂6分别与所述N型半导体2与所述P型半导体3连接后，均与直流供电装置连接；

所述第一循环泵19用于将所述第一导热管7内的一股流程抽入所述第一换热器18后，又送回所述第一导热管7；

所述第二循环泵21用于将所述第二导热管13与所述外套管15之间的另一股流体抽入所述第二换热器22后，又送回所述第二导热管13与所述外套管15之间；

其中，所述第一换热器18与所述第二换热器22中，其中一方为散热器，另一方为表冷器。

该空调的工作原理如下:

接通负极16和正极17电源；

并启动第一循环泵19和第二循环泵21；

当第一导热管7内通过热流体，所述第二导热管13与所述外套管15之间通过冷流体时；

此时，第一换热器18为散热器，并将吹出来热风；第二换热器22为表冷器，其吹出来的是冷风。

将把正极17与负极16的极性进行变更；当第一导热管7内通过冷流体，所述第二导热管13与所述外套管15之间通过热流体时；

那么第二换热器22就成为散热器了，第一换热器18就变成了表冷器了，这就实现了半导体流体管两用空调。

本实施例中，所述套管式半导体组件的数量为多个；一第一连接管20连通相邻的两个所述套管式半导体组件的第一导热管7，一第二连接管38连通相邻的两个所述套管式半导体组件的所述第二导热管13与所述外套管15之间的空间，以形成一串联连接结构。

第二实施例

请参阅图6，基于本实用新型提供的空调的第一实施例，本实用新型提供的另一种空调，其不同之处在于，所述套管式半导体组件的数量为多个；一第一连接管33与各所述套管式半导体组件的第一导热管7均连通，一第二连接管38连通相邻的两个所述套管式半导体组件的所述第二导热管13与所述外套管15之间的空间，以形成一并联连接结构。

正极17与负极16通电后，由于半导体单元内电子需要从低电势走向高电势，必须吸收低电势这边的分子动能，造成低电势这边制冷，而把低电势这边分子动能转移到了高电势这边，从而实现了热能向高温处转移。

若第一导热管7为高势能侧的流体，那么流入到第一连接管33及第一换热器34里的流体为热流体，把热量输入给用户后，热流体重新被第一循环泵35打入到第一导热管7里实现热流体的循环过程。

各个套管式半导体组件的第二导热管13与外套管15之间，逐一用第二连接管38连接起来后，其内部为冷流体。该冷流体在释放潜热给半导体单元里电子后温度会变得更低流出，第二循环泵36将其打入到第二换热器37里与外界进行热量交换，并不断获取外界热量后，又重新进入第二导热管13与外套管15之间内为半导体单元的电子提供能量。

本实施例可以用作家用冷暖两用空调，亦可以用作中央空调。

本实用新型还提供一种温差发电装置。

第一实施例

请参阅图7，本实用新型提供的温差发电装置的第一实施例中，温差发电装置，包括热泵机组、热源装置26、第一输送泵25、第二输送泵29及所述的套管式半导体组件，其中，所述第一导电臂5与所述第二导电臂6分别与所述N型半导体2与所述P型半导体3连接后，均与所述电器负荷连接；

所述热泵机组包括依次环绕相连蒸发器23、压缩机28、冷凝器27及节流装置24；

本实施例中，所述第一输送泵25可以用于将一股流体输入所述冷凝器27后，又送回所述第一导热管7；所述第二输送泵29可以用于将自所述第二导热管13与所述外套管15之间流入所述热源装置26的另一股流体，输入所述蒸发器23后，又送回所述第二导热管13与所述外套管15之间；

本实施例中，热源装置26为热源塔。套管式半导体组件为串联结构。

该温差发电装置的工作原理如下：

热源装置26吸收废热或空气中显热、空气中水汽潜热，将热量传递给流入热源装置26的流体；

再通过第二输送泵29将吸热后的流体带到蒸发器23里释放潜热给蒸发器23另一侧的制冷剂，制冷剂获得潜热后便蒸发；

蒸发后的制冷剂由压缩机28压入到冷凝器27里释放潜热给冷凝器27另一侧的热流体后便冷凝成液态制冷剂；

液态制冷剂经过节流装置24再进入到蒸发器23里去获取蒸发器23另一侧流体潜热就这样完成制冷剂的循环。

蒸发器23非制冷剂侧，冷流体继续被第二循环泵21打入到套管式半导体组件的第二导热管13与外套管15之间，为其提供冷源，再逐个流入到下一个套管式半导体组件的第二导热管13与外套管15之间，为此提供冷源；再重新进入到获取热源装置26里完成了冷流体的循环过程。

热流体获得制冷剂潜热后便进入第一导热管7，再通过第一连接件管进入到下一个第一导热管7，直至流出最后一个第一导热管7，再进入到冷凝器27里，热流体是通过第一循环泵19来实现整个循环过程的，而冷流体与热流体是互逆走势，就这样形成了内导热管与外导热管之间最大化平均温差，也就实现最大化生产直流电源。

由于外界所提供的热量会有一部分转变为直流电能量输出去了，所以需要不断向外界索取热量来满足热能转变电能的需求，因为冷流体热量有限不可能持续降低温度以满足温差发电需求，降低冷流体温度越低所付出能耗就越大，最好冷流体温度接近环境温度，以减少环境温度对冷量的消耗，尽量以增大热流体温度来形成温差需求，那么热侧流体部分热量转变成电能，只要热能变成电能效率能够达到30％以上，那么此装置才会有实际意义，若热能转变电能效率低于30％的话，这就会得不偿失了，所消耗在热泵机组上的电能甚至多于温差发电所得到的电能这就一点意义没有，目前，冷凝器27温度比蒸发器23温度高出50℃，一般会有5倍以上的能效比，若按照当前半导体温差发电效率8％计算就得不偿失了，不过随着半导体晶片材料优值系数进一步提高，其发电效率有望突破30％，那么用于该系统装置自身的电量只占本装置产电量的67％左右，其产出电量仍然很是期待。

可以理解，在其他实施例中，所述第一输送泵25也可以用于将一股流体输入所述冷凝器27后，又送回所述第二导热管13与所述外套管15之间；所述第二输送泵29也可以用于将自所述第一导热管7流入所述热源装置26的另一股流体，输入所述蒸发器23后，又送回所述第一导热管7。

第二实施例

请参阅图8，本实用新型提供的温差发电装置的第二实施例中，温差发电装置，包括换热装置31、压缩机30、节流装置32及所述的套管式半导体组件，其中，所述第一导电臂5与所述第二导电臂6分别与所述N型半导体2与所述P型半导体3连接后，均与所述电器负荷连接；

本实施例中，所述压缩机30用于将自所述第二导热管13与所述外套管15之间流出的流体，输入所述换热装置31后，输送至第一导热管7；所述节流装置32用于将自所述第一导热管7流出的流体，输送至所述第二导热管13与所述外套管15之间；

其中，所述换热装置31用于加热流入的流体。

本实施例中，套管式半导体组件为串联结构。

该温差发电装置的工作原理如下：

压缩机30启动可把高温高压制冷剂压入到第一导热管7里，并通过第一连接管20逐一进入到下一个第一导热管7，并释放潜热给半导体单元里的电子，半导体单元里的电子获得制冷剂分子热动能后，转变成了电子的电势能，制冷剂便降温冷凝成液态制冷剂了。

液态制冷剂通过节流装置32进入到第二导热管13与外套管15之间去获取半导体单元里电子的势能，从而导致势能降低，半导体单元由此形成了高低位电势能，正极17与负极16便形成直流电压对外输出电能。

制冷剂获得了半导体单元势能后蒸发成气态制冷剂，再次被压缩机30吸入到换热装置31里获取外界能量以提高制冷剂的焓值，就这样完成了制冷剂循环过程，不断把外界的热能输入到系统中去，并实现温差发电的目的。

可以理解，在其他实施例中，所述压缩机30用于将自第一导热管7流出的流体，输入所述换热装置31后，输送至所述第二导热管13与所述外套管15之间；所述节流装置24用于将自所述第二导热管13与所述外套管15之间流出的流体，输送至第一导热管7，

本实用新型专利依据上述半导体制冷上优势创新出一种采用环状结构形式的电偶管来实现制冷制热及温差发电。

其最大优势在于结构变得紧凑，温差发电热利用效率会更高，制冷制热能效比也会提高许多。

这是基于本技术方案强化了冷热端的传热效率，尤其是套管式结构形式外管与内管里两种流体互逆走势，可以使平均温差最大化，借助温差发电其发电效率也会最大化，不管温差衰减到多少程度温差始终会做功。

而借助于此套管冷热流体互逆走势可以使冷侧通道防冻液变得更低，热侧通道流体温度变得更高。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的构思下，利用本实用新型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实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种套管式半导体组件，其特征在于，包括第一导热管、第二导热管、外套管及多个半导体单元，所述第一导热管套入所述第二导热管后，所述第二导热管套入所述外套管，所述半导体单元设于所述第一导热管与所述第二导热管之间，且各所述半导体单元围绕所述第一导热管设置，相邻的两个所述半导体单元相对间隔设置；

所述半导体单元包括N型半导体、P型半导体与第一导电件，所述N型半导体与所述P型半导体相对间隔设置，所述第一导电件连接所述N型半导体与所述P型半导体；相邻的两个所述半导体单元之间，间隔设置的所述N型半导体与所述P型半导体通过一第二导电件连接；

其中，所述第一导热管内以及所述第二导热管与所述外套管之间，分别通过存在温差且流动方向相逆的两股流体；

一第一导电臂与一第二导电臂分别与所述N型半导体与所述P型半导体连接后，均与直流供电装置连接，以实现所述半导体单元在第一导热管与第二导热管之间传递热量；

或者，一第一导电臂与一第二导电臂分别与所述N型半导体与所述P型半导体连接后，均与电器负荷连接，以实现不同的所述半导体单元之间的温差发电。

2.如权利要求1所述的套管式半导体组件，其特征在于，所述第一导电臂与所述第二导电臂分别与邻近所述第二导热管的两端的所述N型半导体与所述P型半导体连接。

3.如权利要求1所述的套管式半导体组件，其特征在于，所述第一导电件与所述第二导热管之间设有第一绝缘导热层，所述第二导电件与所述第一导热管之间设有第二绝缘导热层。

4.如权利要求3所述的套管式半导体组件，其特征在于，所述N型半导体、所述P型半导体、所述第一导电件、所述第二导电件、所述第一导电臂、所述第二导电臂、所述第一绝缘导热层及所述第二绝缘导热层均呈圆环状。

5.如权利要求1所述的套管式半导体组件，其特征在于，所述N型半导体与所述P型半导体之间以及两个相邻的所述半导体单元之间填充有绝缘隔热材料。

6.如权利要求1所述的套管式半导体组件，其特征在于，所述套管式半导体组件的数量为多个；

一第一连接管连通相邻的两个所述套管式半导体组件的第一导热管，一第二连接管连通相邻的两个所述套管式半导体组件的所述第二导热管与所述外套管之间的空间，以形成一串联连接结构。

7.如权利要求1所述的套管式半导体组件，其特征在于，所述套管式半导体组件的数量为多个；

一第一连接管与各所述套管式半导体组件的第一导热管均连通，一第二连接管连通相邻的两个所述套管式半导体组件的所述第二导热管与所述外套管之间的空间，以形成一并联连接结构。

8.一种空调，其特征在于，包括第一换热器、第二换热器、第一循环泵、第二循环泵及如权利要求1-7中任一项所述的套管式半导体组件，其中，所述第一导电臂与所述第二导电臂分别与所述N型半导体与所述P型半导体连接后，均与直流供电装置连接；

所述第一循环泵用于将所述第一导热管内的一股流程抽入所述第一换热器后，又送回所述第一导热管；

所述第二循环泵用于将所述第二导热管与所述外套管之间的另一股流体抽入所述第二换热器后，又送回所述第二导热管与所述外套管之间；

其中，所述第一换热器与所述第二换热器中，其中一方为散热器，另一方为表冷器。

9.一种温差发电装置，其特征在于，包括热泵机组、热源装置、第一输送泵、第二输送泵及如权利要求1-7中任一项所述的套管式半导体组件，其中，所述第一导电臂与所述第二导电臂分别与所述N型半导体与所述P型半导体连接后，均与所述电器负荷连接；

所述热泵机组包括依次环绕相连蒸发器、压缩机、冷凝器及节流装置；

所述第一输送泵用于将一股流体输入所述冷凝器后，又送回所述第一导热管；所述第二输送泵用于将自所述第二导热管与所述外套管之间流入所述热源装置的另一股流体，输入所述蒸发器后，又送回所述第二导热管与所述外套管之间；

或者；所述第一输送泵用于将一股流体输入所述冷凝器后，又送回所述第二导热管与所述外套管之间；所述第二输送泵用于将自所述第一导热管流入所述热源装置的另一股流体，输入所述蒸发器后，又送回所述第一导热管。

10.一种温差发电装置，其特征在于，包括换热装置、压缩机、节流装置及如权利要求1-7中任一项所述的套管式半导体组件，其中，所述第一导电臂与所述第二导电臂分别与所述N型半导体与所述P型半导体连接后，均与所述电器负荷连接；

所述压缩机用于将自所述第二导热管与所述外套管之间流出的流体，输入所述换热装置后，输送至第一导热管；所述节流装置用于将自所述第一导热管流出的流体，输送至所述第二导热管与所述外套管之间；

或者；

所述压缩机用于将自第一导热管流出的流体，输入所述换热装置后，输送至所述第二导热管与所述外套管之间；所述节流装置用于将自所述第二导热管与所述外套管之间流出的流体，输送至第一导热管；

其中，所述换热装置用于加热流入的流体。

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