CN210745036U - 一种基于半导体晶片的传热装置、空调组件、热水器、制冷装置与温差发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于半导体晶片的传热装置及采用该装置的设备。该装置包括半导体晶片及两个导热板；导热板上均开设有流体通道；或者；还包括两个导流柱，导流柱设于导热板，各导流柱上均开设有所述流体通道；两个所述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与第二端面之间的能够实现热量传递；或者，半导体晶片的第一端与第二端之间的能够实现温差发电。本实用新型提供的传热装置能够高效率制冷和制热，还能够实现温差来发电，可以替代笨重的压缩机，实现具有较强经济性价值的半导体制冷制热空调，还有半导体冰箱及半导体冷库，半导体温差发电等，从而达到节能降成本目的。

Description

一种基于半导体晶片的传热装置、空调组件、热水器、制冷装 置与温差发电装置

技术领域

本实用新型涉及热电转换装置技术领域，尤其涉及一种基于半导体晶片的传热装置、采用该装置的设备。

背景技术

当前热电材料性能不理想是导致半导体温差发电效率低的主要原因之一而衡量热电材料的主要性能参数是热电材料的无量纲优值ZT：

式中的α为塞贝克系数；σ为导电率；λ为热导率；T为绝对温度。热电材料无量纲优值ZT越高，其热电性能就越好，热电转换效率也越高。通过上式我们知道塞贝克系数和电导率越高，热导率越低，材料的热电性能也就越好，而实际并非这样。导热和导电都是热电材料内部载流子运动的结果，导电率与导热率呈正相关关系。材料的这一性质决定了其高导电率与低热导率不可兼得，因此寻找优良热电材料非常困难。传统的热电材料ZT值仅1左右，如果将热电材料ZT值提高到3左右，温差发电效率将与传统发电方式相媲美了。

塞贝克效应效率：

将此式进行简化，当η达到最大值时，只有输出电动势，而电流趋近为零。经化简可得：

式中：T＝0.5(T_H+T_c)为热电材料工作的平均温度。

为热电材料品质系数(单位为1/K)，在式中出现Z与T的乘积，可见平均工作温度也很重要，人们常用ZT值来分析热电材料性能。从卡诺循环效率来看，它后面乘一个分式，这个分式被称为热电材料系数，其中分子分母都有

分子减一个数，分母加一个数，总之得到的是小于1的系数，这说明在相同高低温热源温度下，塞贝克效应的热变功率转换的效率低于正向卡诺循环。研究发现，如果 ZT增大，这个分式也趋向增大，塞贝克效应的效率也会增加。通常金属材料的ZT值都很小，过去研究得到的一些合金半导体的ZT值也最多达到1.2，热电效率都不高，只是卡诺循环的10％以下。人们正在采用纳米技术提高材料的 Z值，当ZT值达到2～3时，其效率值在经济上是可以接受的，最新研究显示，有人能够制造出ZT值达到3.5的新型合金半导体材料。随着半导体性能系数进一步提高，开发系列的制冷制热器件及半导体温差发电会具有实际意义，关键是如何巧妙地把热量及冷量快速传递给半导体冷热侧以实现高效率的温差发电，或快速地把半导体热侧的热量及冷侧的冷量及时带走来提高半导体制冷效率，若对这一新材料成果进行其下游产品开发，并加以科学应用，那么人类势必会产生能源使用上的革命。

半导体制冷晶片是由多个电偶堆串联与并联所组成的，一对电偶消耗的电功率为：N0＝UI＝I²R+I(αP－αN)ΔT

一对电偶的制冷系数定义为：

为了产生大的制冷效应，温差电动势要相当高，它是所选电偶材料的函数，该电动势是随温度变化的塞贝克电压。电阻率要低，否则电阻产生的焦耳热可能会超过其制冷效应。要温差制冷节点之间有一个大的温差，导热系数要低，否则热会反馈到冷则，另外我们可以采取及时把冷量或者热量带走也将会提高制冷效率或制热效率。通常把这三点综合起来的因素就合成了优质系数Z值，这个值是衡量热电器件材料性能关键指标。

在制冷热电偶中，一个节点上放热，而另一个节点上吸热，因此两个节点间就会有温差。由于热传导，热会从热节点流向冷节点。因热电偶内流动的电流会产生焦耳热，也会使局部温度升高，温度升高会使多个热节点流向冷节点，从而起到了从热节点到冷节点总热量的增加作用。若在电流为I的导体上达到平衡，则传导给冷节点的纯热流可维持在一定的水平。由传导给冷节点的总热量影响了帕尔贴制冷，因此，把它减掉就得到了单个热电偶的纯产冷量：

一般情况下一级热电偶堆通常情况下只能得到大约60度的温差，为了得到更大的温差和更低的温度，可用级联的方式制造多级制冷器，第二级热电偶堆热端贴在第一级热电偶堆的冷端上，实际上第一级热电偶堆起到第二级的散热器的作用，ΔT1,ΔT2,ΔT3；ε1,ε2,ε3。则总的温差为：

ΔT＝ΔT1+ΔT2+ΔT3

则总的制冷系数为：

若选取ε1＝ε2＝ε3＝ε0，

那么：

则此种情况下总制冷系数最大。因为制冷器热端散热量比冷端产冷量大许多倍，热端放出的热量为其所消耗的电功率之和再加上冷端负载之和，为了得到较大的温差，第一级热电偶元件对数应比第二级热电堆元件对数大许多倍，由于这个原因以及温度越低元件性能越差，并不是温差按比例提高。因此级联的级数不能很多，一般2到3级就可以了。

并联级型多级热电堆的特点是工作电流大，级与级之间无需电绝热导热层。达到同一温差和承受同一负载时比串联型耗电要小些，单线路设计上比较麻烦些，特别要求负载较大的情况。

强迫通风散热要比采用对流方式散热系数大许多，在相同的散热功率情况下，其散热面积也要缩小许多倍。水冷散热的效率很高，其散热系数比空气自然对流散热大100到1000倍，目前许多采用热管方式来散热居多，那只是散热量规模较小情况下才使用，大规模散热还是采用水冷方式比较经济，因此采用强迫式散热是有效提高半导体制冷及制热效率最重要的方式。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是提供一种基于半导体晶片的传热装置，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，本实用新型提供的基于半导体晶片的传热装置，包括半导体晶片及两个导热板，所述半导体晶片夹设于两个所述导热板之间；

两个所述导热板上均开设有流体通道；或者；所述传热装置还包括两个导流柱，两个所述导流柱分别设于两个所述导热板，且两个所述导流柱上均开设有所述流体通道；

所述半导体晶片位于两个所述流体通道之间；两个所述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；

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。

优选地，所述半导体晶片的数量至少为一个；

所述流体通道为单孔式流体通道或者多孔式流体通道。

优选地，当两个所述导热板上均开设有流体通道时；所述传热装置还包括导流管，所述导流管设于所述导热板，且所述导流管环绕所述流体通道设置；

两个所述导热板之间和两个所述导流管之间填充有隔热材料。

当所述传热装置还包括两个导流柱时，所述导流柱上形成有密封凹槽结构，所述密封凹槽结构内设有密封圈；

两个所述导热板之间和两个所述导流柱之间填充有隔热材料。

优选地，所述传热装置的数量为多个，多个所述传热装置依次叠设；相邻的两个所述传热装置中，位于所述半导体晶片的同一侧的所述流体通道均相连通。

优选地，定义位于半导体晶片的同一侧的所述流体通道为同侧通道；预设数量的所述传热装置叠设为一组；

相邻两组所述传热装置中，所述流体自一组所述传热装置的同侧通道流入另一组传热装置的同侧通道；以在各组所述传热装置中形成一串联连接结构；

或者；相邻两组所述传热装置中，流体同时流入两组所述传热装置的同侧通道；以在各组所述传热装置中形成一并联连接结构。

优选地，定义分别位于所述半导体晶片的两侧的两个所述流体通道分别为第一流体通道与第二流体通道；

所述传热装置的数量为多个，多个所述传热装置依次叠设；

相邻的三个所述传热装置中，第一个所述传热装置的第一流体通道与第三个传热装置的第一流体通道连通；

第一个所述传热装置的第二流体通道、第二所述传热装置的第一流体通道、第三所述传热装置的第二流体通道通过一流体泵形成一循环回路；以在各所述传热装置之间形成一混联结构。

为解决上述技术问题，本实用新型还提供一种空调组件，其特征在于，包括热负载、冷负载、第一循环泵、第二循环泵及如所述传热装置；其中，所述半导体晶片的第一端的电臂与第二端的电臂均与所述直流供电装置连接时；

所述第一循环泵用于将一个所述流体通道中的一股流体输入所述热负载后，送回该流体通道；

所述第二循环泵用于将另一个所述流体通道中的另一股流体输入所述冷负载后，送回该流体通道；

为解决上述技术问题，本实用新型还提供一种所述空调组件，包括房间空调、第一循环泵、第一连接口、第二连接口及所述传热装置；其中，所述半导体晶片的第一端的电臂与第二端的电臂均与所述直流供电装置连接时；

所述第一循环泵用于将一个所述流体通道中的一股流体送入所述房间空调后，送回该流体通道；

所述第一连接口与所述第二连接口分别与另一个所述流体通道的两端连通，且所述第一连接口连接空调主机的冷凝器，所述第二连接口连接空调主机的蒸发器。

为解决上述技术问题，本实用新型还提供一种热水器，包括热交换器、第一循环泵、第一连接口、第二连接口及所述传热装置；其中，所述半导体晶片的第一端的电臂与第二端的电臂均与所述直流供电装置连接时；

所述第一循环泵用于将一个所述流体通道中的一股流体送入所述热交换器后，送回该流体通道；

所述第一连接口与所述第二连接口分别与另一个所述流体通道的两端连通，且所述第一连接口连接洗浴花洒，所述第二连接口连接自来水管道。

为解决上述技术问题，本实用新型还提供一种制冷装置，包括第一循环泵、第二循环泵、散热器、蛇形管、制冷容器及所述传热装置；其中，所述半导体晶片的第一端的电臂与第二端的电臂均与所述直流供电装置连接时；

所述蛇形管设于所述制冷容器内，所述第一循环泵用于将一个所述流体通道内一股流体送入所述蛇形管后，又送回原流体通道；

所述第二循环泵用于将另一个所述流体通道内的另一股流体送入散热器后，又送回该流体通道。

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，包括压缩机、节流装置、吸热装置及所述传热装置；其中，所述半导体晶片的第一端的电臂与第二端的电臂分别与所述电器负荷连接时；

所述节流装置连接两个所述流体通道的第一端；

一个所述流体通道的第二端、所述吸热装置、所述压缩机及另一个所述流体通道的第二端依次连接；

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第一循环泵、第二循环泵、散热器、热源、加热换热器及所述传热装置；其中，所述半导体晶片的第一端的电臂与第二端的电臂分别与所述电器负荷连接时；

所述第一循环泵用于将一个所述流体通道中的一股流体输入所述散热器后，送回该流体通道；

所述第二循环泵用于将另一个所述流体通道中的另一股流体输入所述加热换热器后，送回该流体通道；

所述热源用于向所述加热换热器提供热量；

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第一循环泵、第二循环泵、热源塔、蒸发器、冷凝器、压缩机、节流装置及所述传热装置；其中，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时；

所述压缩机与所述节流装置分别连接所述蒸发器与所述冷凝器的两端；

一个所述流体通道中的一股流体流入所述热源塔，所述热源塔用于加热该流体；所述第一循环泵用于将加热后的流体送入所述蒸发器后，又送回原流体通道；

所述第二循环泵用于将另一个所述流体通道中的另一股流送入所述冷凝器后，又送回该流体通道。

本实用新型提供的基于半导体晶片的传热装置中，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，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为本实用新型提供的传热装置的第一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型提供的传热装置的第二实施例的结构示意图；

图3为本实用新型提供的传热装置的第三实施例的结构示意图；

图4为本实用新型提供的传热装置的第四实施例的结构示意图；

图5为图4所示的传热装置的导流柱的另一种结构示意图；

图6为本实用新型提供的传热装置的第五实施例的结构示意图；

图7为本实用新型提供的传热装置的第六实施例的结构示意图；

图8为本实用新型提供的传热装置的第七实施例的结构示意图；

图9为本实用新型提供的传热装置的第八实施例的结构示意图；

图10为本实用新型提供的空调组件的第一实施例的设计原理图；

图11为本实用新型提供的空调组件的第二实施例的设计原理图；

图12为本实用新型提供的制冷装置的第一实施例的设计原理图；

图13为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14为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；

图15为本实用新型提供的温差发电装置的第三实施例的设计原理图。

附图标号说明：

基于半导体晶片的传热装置21；

1/4-导热板、3-半导体晶片、2/8-流体通道、6/7-导流柱、9-导流管、5-密封凹槽结构、10-密封圈；

11/15/17-流体进口、12/14/16/18-流体出口；

13-连接密封件；19-流体泵；

20-冷负载、22-流体进接口、24/28/44-第一循环泵、23/31/42-第二循环泵、 25-热负载、26-正极、27-负极；

32-热交换器/房间空调；39-第一连接口、40-第二连接口；

32a-散热器、29-蛇形管、30-制冷容器；

33/45-压缩机、34-吸热装置、35/47-节流装置、36-电器负荷；

37-加热换热器、38-热源；

41-冷凝器、43-热源塔、46-蒸发器。

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基于半导体晶片的传热装置。为方便叙述，本实用新型中基于半导体晶片的传热装置可以简称为传热装置。

第一实施例

请参阅图1，本实用新型提供的基于半导体晶片的传热装置，包括半导体晶片3及两个导热板1，所述半导体晶片3夹设于两个所述导热板1之间；

两个所述导热板1上均开设有流体通道2；

所述半导体晶片3位于两个所述流体通道2之间；两个所述流体通道2 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3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3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3的第一端的电臂与第二端的电臂分别与电器负荷36连接，以实现所述半导体晶片3的第一端与第二端之间的温差发电。

本实施例中，所述半导体晶片3的数量至少为一个；所述流体通道2为单孔式流体通道或者多孔式流体通道。优选地，所述流体通道2为多孔式流体通道。

本实用新型提供的传热装置21的半导体晶片3的制冷与制热的原理如下：

半导体晶片3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2的流体的温度高于通过另一个流体通道2的流体的温度时，所述半导体晶片3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2的流体的温度低于通过另一个流体通道2的流体的温度时，所述半导体晶片3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。

本实用新型提供的传热装置21的半导体晶片3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13，当一所述半导体晶片3的第一端的电臂与第二端的电臂分别与电器负荷36连接时，基于塞贝克效应的原理，半导体晶片3的第一端的与第二端之间产生了电势能，并为电器负荷36提供电压及电流。

本实用新型提供的基于半导体晶片的传热装置21中，所述半导体晶片3 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3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3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，所述半导体晶片3的第一端的电臂与第二端的电臂分别与电器负荷 36连接，以实现所述半导体晶片3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。

本实施例中，半导体晶片3与导热板1之间可以涂上导热膏以增强其导热率。

两个导热板1之间可以填充隔热材料，以防止热量与冷量的流失。

第二实施例

请参阅图2，基于本实用新型的第一实施例提供的传热装置，本实用新型的第二实施例提供另一种传热装置，其不同之处在于：

所述传热装置还包括导流管9，所述导流管9设于所述导热板1，且所述导流管9环绕所述流体通道2设置。本实施例中，所述半导体晶片3的数量为四个。

两个所述导热板1之间和两个所述导流管9之间可以填充有隔热材料，以防止热量与冷量的流失。

第三实施例

请参阅图3，基于半导体晶片的传热装置，包括半导体晶片3及两个导热板1，所述半导体晶片3夹设于两个所述导热板1之间；

所述传热装置21还包括两个导流柱6，两个所述导流柱6分别设于两个所述导热板1，且两个所述导流柱6上均开设有所述流体通道2；

所述半导体晶片3位于两个所述流体通道2之间；两个所述流体通道2 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3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3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3的第一端的电臂与第二端的电臂分别与电器负荷 36连接，以实现所述半导体晶片3的第一端与第二端之间的温差发电。

本实施例中，所述导流柱6由导热材料制成。

两个所述导热板1之间和两个所述导流柱6之间可以填充有隔热材料，以防止热量与冷量的流失。

第四实施例

请结合参阅图4和图5，基于本实用新型的第三实施例提供的一种传热装置21，本实用新型的第四实施例提供另一种传热装置21，其不同之处在于：

所述导流柱6上形成有密封凹槽结构5，所述密封凹槽结构5内设有密封圈10，当两个所述传热装置需要组装时，所述密封凹槽结构5与密封圈10能够起到密封组装不同导流柱6的作用。

所述密封圈10可以是O型密封橡胶圈。

请再次参阅图4，本实施例中，所述流体通道2可以为多孔式流体通道。

请再次参阅图5，在其他实施例中，所述流体通道8也可以单孔式流体通道。

第五实施例

请参阅图6，基于本实用新型的第三实施例提供的一种传热装置，本实用新型的第五实施例提供另一种传热装置，其不同之处在于：

所述传热装置的数量为多个，多个所述传热装置依次叠设；相邻的两个所述传热装置中，位于所述半导体晶片3的同一侧的所述流体通道2均相连通。

第六实施例

请参阅图7，基于本实用新型的第三实施例提供的一种传热装置，本实用新型的第六实施例提供另一种传热装置，其不同之处在于：

定义位于半导体晶片3的同一侧的所述流体通道2为同侧通道；预设数量的所述传热装置21叠设为一组；

相邻两组所述传热装置中，所述流体自一组所述传热装置的同侧通道流入另一组传热装置的同侧通道；以在各组所述传热装置中形成一串联连接结构。

第七实施例

请参阅图8，基于本实用新型的第三实施例提供的一种传热装置，本实用新型的第七实施例提供另一种传热装置，其不同之处在于：

相邻两组所述传热装置中，流体同时流入两组所述传热装置的同侧通道；以在各组所述传热装置中形成一并联连接结构。

第八实施例

请参阅图9，基于本实用新型的第三实施例提供的一种传热装置，本实用新型的第八实施例提供另一种传热装置，其不同之处在于：

定义分别位于所述半导体晶片3的两侧的两个所述流体通道2分别为第一流体通道与第二流体通道；

所述传热装置的数量为多个，多个所述传热装置依次叠设；

相邻的三个所述传热装置中，第一个所述传热装置的第一流体通道与第三个传热装置的第一流体通道连通；

第一个所述传热装置的第二流体通道、第二所述传热装置的第一流体通道、第三所述传热装置的第二流体通道通过一流体泵19形成一循环回路；以在各所述传热装置之间形成一混联结构。

图9中，位于中间的流体通道2为中温流体通道，流体泵19与其他对应的低温流体和热流体形成互逆走势，若中温流体通道左边流体通道2为冷流体通道，那么其右边流体通道内的流体为热流体。

不妨定义两个导热板1分为冷板和热板。

本实用新型提供的传热装置中，利用冷热板快速导热，使热量或冷量通过导热板1把热量或冷量传给半导体晶片3的热侧与冷侧以实现温差发电；

或者，是半导体晶片3通以直流电所产生的冷与热；通过导热板1快速传至冷流体及热流体，再利用流体分别送至冷负载及热负载实现强制性换热，这比空气自然对流方式实现热交换要强100倍以上。

在第五实施例至第八实施例中，相邻的两个传热装置中，可以将导流柱6 或导流管9直接焊接，也可以通过连接密封件13连接相邻的两个导流柱6，也可以通过导流管9连接相邻的两个导流柱6。

本实用新型还提供一种空调组件。

第一实施例

请参阅图10，本实用新型还提供一种空调组件，包括热负载25、冷负载20、第一循环泵24、第二循环泵23及如所述传热装置21；其中，所述半导体晶片3的第一端的电臂与第二端的电臂均与所述直流供电装置连接时；

所述第一循环泵24用于将一个所述流体通道2中的一股流体输入所述热负载25后，送回该流体通道2；

所述第二循环泵23用于将另一个所述流体通道2中的另一股流体输入所述冷负载20后，送回该流体通道2；

传热装置21上设有流体进接口22，接口处可以设置相关的阀门。直流电源装置的正极26与负极27通以直流电；那么半导体晶片3便会制冷，同时也会产热，用户对冷量需求时，可以通过热负载25把热量散掉，用户对热量需求时，可以通过正负极的切换来实现冷热负载25的切换，那么排到户外的就是冷量了，图10中实施例可用作制冷与采暖两用空调。

第二实施例

请参阅图11，空调组件包括房间空调32、第一循环泵24、第一连接口39、第二连接口40及所述传热装置21；其中，所述半导体晶片3的第一端的电臂与第二端的电臂均与所述直流供电装置连接时；

所述第一循环泵24用于将一个所述流体通道2中的一股流体送入所述房间空调后，送回该流体通道2；

所述第一连接口39与所述第二连接口40分别与另一个所述流体通道2 的两端连通，且所述第一连接口39连接空调主机的冷凝器，所述第二连接口 40连接空调主机的蒸发器。

不妨定义，两个导热板1分别为冷板和热板。

本实施例相当于复叠式热泵或复叠式制冷空调。

初级为机械式热泵，二级相当于分子原子式热泵(或半导体热泵)，这样可以降低压缩机的压缩比，大幅提高压缩机的能效比。

因此，中央主机夏季只需要提供15℃以上较高温度的冷媒水，再通过半导体制冷片及冷板把房间空调内流体进一步降温至8℃就可以了，这时房间空调相当于中央空调的风机盘管了。

若在冬季空调主机只需要提供30℃以下的暖媒水，通过半导体晶片3电极性切换就可以实现冬季采暖了，通过半导体晶片3分子热泵可以把30℃暖媒水的热量转移到50℃以上，而30℃的暖媒水就降至25℃了，这样房间空调的内流体温度升高到50℃以上就可以用来采暖了。

这种复叠式制冷与制热方式；既可以使中央主机能效比得到提高，又可以使半导体晶片3工作时的温差不是很大，从而使半导体晶片3制冷制热的效率也得到了提高。

尤其是中央主机在严寒冬季用作热泵运行时所提供的暖媒水很难超过 40℃，严重影响用户的体验，若想把暖媒水进一步提高其能效比会急剧下降，甚至主机无法正常运行。

因此采用本实用新型专利技术就可以解决中央主机热泵的低温环境运行困难的大难题，同时还可以实现节能的目的。

本实用新型还提供一种热水器。

请参阅图11，热水器包括热交换器32、第一循环泵24、第一连接口39、第二连接口40及所述传热装置21；其中，所述半导体晶片3的第一端的电臂与第二端的电臂均与所述直流供电装置连接时；

所述第一循环泵24用于将一个所述流体通道2中的一股流体送入所述热交换器32后，送回该流体通道2；

所述第一连接口39与所述第二连接口40分别与另一个所述流体通道2 的两端连通，且所述第一连接口39连接洗浴花洒，所述第二连接口40连接自来水管道。

通过第一循环泵24不断把冷流体打入热交换器32里并与换热器外表面空气进行热量交换；

浴室内空气中的水汽不断与冷流体进行热量交换，洗浴过程所产生的水汽便不断释放潜热给冷流体而凝结成低温水珠流入地沟；

水汽潜热使冷流体温度得到提升后，又通过第一循环泵24把水汽潜热带到传热装置21的冷流体管道内用作热源；

通过半导体载流子驱动热量再一次转移热量至热流体管道内的自来水，半导体晶片3冷侧交换热量和半导体晶片3热侧交换热量都是通过导热板1实现的；

两个导热板1分别为冷板与热板，冷板与热板之间热量是通过半导体直流电驱动来实现的，这里半导体晶片3作用相当于热泵压缩机的作用，接力半导体晶片3传来的热量导热板1再把热量传递给自来水。

本实用新型还提供一种制冷装置。

请参阅图12，制冷装置包括第一循环泵28、第二循环泵31、散热器32a、蛇形管29、制冷容器30及所述传热装置21；其中，所述半导体晶片3的第一端的电臂与第二端的电臂均与所述直流供电装置连接时；

所述蛇形管29设于所述制冷容器30内，所述第一循环泵24用于将一个所述流体通道2内一股流体送入所述蛇形管29后，又送回原流体通道2；

所述第二循环泵23用于将另一个所述流体通道2内的另一股流体送入散热器32a后，又送回该流体通道2。

本实施例中，所述制冷容器30可以是冰箱或者冷库。

也可以采用多组蛇形管29串联或并联方式作为冰箱或冷库的多个冷墙面，第一循环泵28把来自传热装置21内的冷流体管道里面的防冻液打入蛇形管 29内，使冰箱或冷库的温度降至所需要求，可通过温控器来实现；

半导体晶片3通过直流电驱动把热量转移至热侧流体管道内的换热流体里，再通过其对应的第二循环泵31把热量带到散热器32a里与周边空气进行热量交换，从而不断把冰箱或冷库里面的热量带走，实现制冷降温的目的，这种强制性散热比自然对流要强得多。

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13，温差发电装置包括压缩机33、节流装置35、吸热装置34 及所述传热装置21；其中，所述半导体晶片3的第一端的电臂与第二端的电臂分别与所述电器负荷36连接时；

所述节流装置35连接两个所述流体通道2的第一端；

一个所述流体通道2的第二端、所述吸热装置34、所述压缩机33及另一个所述流体通道2的第二端依次连接。

电器负荷36也可以替换为逆变器。

当压缩机33工作时；通过制冷剂在吸热装置34里向外界吸收空气的显热与空气中水汽的潜热，便使制冷剂焓值得到提高；

再被压缩机33压入到传热装置21的热流体通道2内释放潜热给传热装置 21里面的导热板1，导热板1再把热量传递给半导体晶片3热侧；

半导体晶片3载流子获得导热板1分子动能后就转变成自身的电动势能，而半导体晶片3另一冷侧成为低电势能；

因为电子只可以自发地从高电势流向低电势，所以可以形成电流，可为电气负荷提供电能量；

由此就会把热能转变成电能量了，而制冷剂释放潜热后便冷凝成液态制冷剂了；

而液态制冷剂再通过节流装置35进入到传热内的冷流体管道内进一步吸收由于电流I所转变来的小部分热量而蒸发小部分制冷剂；

因为系统没有外来能量注入是不可能持续产生热电效应的，只有吸热装置 34制冷剂不断吸收其周围空气中能量而全部蒸发了，并被压缩机33压入到热流体管道里才会持续产生热电效应；

要不然系统能量会越来越低越来越弱，以致无法产生热电效应了，更别想以热产电来维持压缩机33工作自身所需电能量了。

热力学第二定律告诉我们不可以从单一热源取热而做功，其实这里并没有违反热力学第二定律基本原理。

逆卡诺循环效率也告诉我们

其中T₂是环境温度，Q₂是制冷温度，Q₁是低温热源38放出的热，W₀是高温热源38吸收的热。

外界对低温逆卡诺机做的功一定温度条件下,逆卡诺循环的制冷系数COP_k理论上是最大的；

而实际制冷循环的COP都应该小于COP_k，但现实COP是可以大于1的，当前高效热泵其能效比COP可以达到7倍左右；

因此，COP与COP_k是不同概念的效率，也就是说COP_k＝0.3的话其意义都非常重大，那么我们只需要COP＝5就足够了，假设我们把热电循环按照逆卡诺循环的制冷系数COP_k来推导就有可能实现超卡诺循环效率了，这种推导与现实性却有着巨大的差异。

由此推导把它所发的电又输入到同温度工作的卡诺制冷机，可让卡诺制冷机超出理论COP，从而得出利用空气能做功是违背了热力学第二定律的结论，好像这成“永动机”了，其实永动机是没有能量输入只有能量输出，而空气能温差发电却源源不断吸收空气中能，而空气能却不断吸收太阳能。

若把该实施例说成是“永动机”显然是不合理的，而且这个结论会存在两个问题，首先是热力学第二定律强调了“而不产生其他影响”的先决条件，也就是说当单一热源受到热泵影响后变成了两个热源38了。

第二就是COP无量纲值是可以大于1的，这与逆卡诺循环的制冷系数 COP_k小于1是不同概念的效率值，前者是能耗效率值，后者是循环效率值，混为一谈是不可以的，同样也不可以把能量转换效率与能量转移效率混为一谈的，能量转换效率虽然不能超过1，但能量转移效率是可以超过1的，主要 COP效率值超过了4，而COP_k的效率值超过了0.3，那么来自空气中的热能转变为电能除了满足自身热泵所需电能外，还可以向外提供电能量。

其实它们最终的能量还是来自太阳能，就如同风能发电一样其能量最终还是追溯于太阳能，当然这些发电装置必须配备蓄电装置才可得以进行，这里就不做进一步详述了。

第二实施例

请参阅图14，温差发电装置包括第一循环泵24、第二循环泵23、散热器 32a、热源38、加热换热器37及所述传热装置21；其中，所述半导体晶片3 的第一端的电臂与第二端的电臂分别与所述电器负荷36连接时；

所述第一循环泵24用于将一个所述流体通道2中的一股流体输入所述散热器32a后，送回该流体通道2；

所述第二循环泵23用于将另一个所述流体通道2中的另一股流体输入所述加热换热器37后，送回该流体通道2；

所述热源38用于向所述加热换热器37提供热量；

本实施例中，所述热源38可以是生物质能源；也可以是烟囱余热、地热等其他方面的热源。

该实施例是采用了矿物化石能源或生物质能源来加热换热器37内的热流体。

再通过第二循环泵23把热量输入到传热装置21内的热流体管道里，通过导热板1把热量传递给半导体晶片3的热侧；

而传热装置21冷流体管道内流体通过第一循环泵24把热量带到散热器 32a里去散热，这样就形成半导体晶片3两侧的温差，从而实现半导体晶片3 温差发电的目的，并可以持续为电器负荷36提高直流电能量。

第三实施例

请参阅图15，温差发电装置包括第一循环泵44、第二循环泵42、热源塔 43、蒸发器46、冷凝器41、压缩机33、节流装置35及所述传热装置21；其中，所述半导体晶片3的第一端的电臂与第二端的电臂分别与电器负荷36连接时；

所述压缩机33与所述节流装置35分别连接所述蒸发器46与所述冷凝器 41的两端；

一个所述流体通道2中的一股流体流入所述热源塔43，所述热源塔43用于加热该流体；所述第一循环泵24用于将加热后的流体送入所述蒸发器46 后，又送回原流体通道2；

所述第二循环泵23用于将另一个所述流体通道2中的另一股流送入所述冷凝器41后，又送回该流体通道2。

该实施例是通过能源塔向空气中索取热量，再通过第一循环泵44把能量流体送入到蒸发器46里，再通过制冷剂相变方式在传质与传热过程中被压缩机33压入到冷凝器41里；

冷凝器41另一侧获热流体吸收了制冷剂潜热后温度得到了提升，又被第二循环泵42送入到传热装置21的热流体管道内；

通过导热板1把热量传递给半导体晶片3的热侧，而能量流体通过蒸发器 46后其温度得到下降，并进入到传热装置21冷流体管道内，再通过导热板1 使半导体晶片3冷侧温度降低；

从而形成半导体两侧的温差，最终实现半导体晶片3温差发电的目的，并持续为电气负荷提供直流电能量。

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)

1.一种基于半导体晶片的传热装置，其特征在于，包括半导体晶片及两个导热板，所述半导体晶片夹设于两个所述导热板之间；

两个所述导热板上均开设有流体通道；或者；所述传热装置还包括两个导流柱，两个所述导流柱分别设于两个所述导热板，且两个所述导流柱上均开设有所述流体通道；

所述半导体晶片位于两个所述流体通道之间；两个所述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；

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。

2.如权利要求1所述的基于半导体晶片的传热装置，其特征在于，所述半导体晶片的数量至少为一个；

所述流体通道为单孔式流体通道或者多孔式流体通道。

3.如权利要求1所述的基于半导体晶片的传热装置，其特征在于，当两个所述导热板上均开设有流体通道时；所述传热装置还包括导流管，所述导流管设于所述导热板，且所述导流管环绕所述流体通道设置；

两个所述导热板之间和两个所述导流管之间填充有隔热材料；

当所述传热装置还包括两个导流柱时，所述导流柱上形成有密封凹槽结构，所述密封凹槽结构内设有密封圈；

两个所述导热板之间和两个所述导流柱之间填充有隔热材料。

4.如权利要求1所述的基于半导体晶片的传热装置，其特征在于，所述传热装置的数量为多个，多个所述传热装置依次叠设；相邻的两个所述传热装置中，位于所述半导体晶片的同一侧的所述流体通道均相连通。

5.如权利要求4所述的基于半导体晶片的传热装置，其特征在于，定义位于半导体晶片的同一侧的所述流体通道为同侧通道；预设数量的所述传热装置叠设为一组；

相邻两组所述传热装置中，所述流体自一组所述传热装置的同侧通道流入另一组传热装置的同侧通道；以在各组所述传热装置中形成一串联连接结构；

或者；

相邻两组所述传热装置中，流体同时流入两组所述传热装置的同侧通道；以在各组所述传热装置中形成一并联连接结构。

6.如权利要求1所述的基于半导体晶片的传热装置，其特征在于，定义分别位于所述半导体晶片的两侧的两个所述流体通道分别为第一流体通道与第二流体通道；

所述传热装置的数量为多个，多个所述传热装置依次叠设；

相邻的三个所述传热装置中，第一个所述传热装置的第一流体通道与第三个传热装置的第一流体通道连通；

第一个所述传热装置的第二流体通道、第二所述传热装置的第一流体通道、第三所述传热装置的第二流体通道通过一流体泵形成一循环回路；

以在各所述传热装置之间形成一混联结构。

7.一种空调组件，其特征在于，包括热负载、冷负载、第一循环泵、第二循环泵及如权利要求1-6中任一项所述传热装置；其中，所述半导体晶片的第一端的电臂与第二端的电臂均与所述直流供电装置连接时；

所述第一循环泵用于将一个所述流体通道中的一股流体输入所述热负载后，送回该流体通道；

所述第二循环泵用于将另一个所述流体通道中的另一股流体输入所述冷负载后，送回该流体通道；

或者；

所述空调组件包括房间空调、第一循环泵、第一连接口、第二连接口及如权利要求1-6中任一项所述传热装置；其中，所述半导体晶片的第一端的电臂与第二端的电臂均与所述直流供电装置连接时；

所述第一循环泵用于将一个所述流体通道中的一股流体送入所述房间空调后，送回该流体通道；

所述第一连接口与所述第二连接口分别与另一个所述流体通道的两端连通，且所述第一连接口连接空调主机的冷凝器，所述第二连接口连接空调主机的蒸发器。

8.一种热水器，其特征在于，包括热交换器、第一循环泵、第一连接口、第二连接口及如权利要求1-6中任一项所述传热装置；其中，所述半导体晶片的第一端的电臂与第二端的电臂均与所述直流供电装置连接时；

所述第一循环泵用于将一个所述流体通道中的一股流体送入所述热交换器后，送回该流体通道；

所述第一连接口与所述第二连接口分别与另一个所述流体通道的两端连通，且所述第一连接口连接洗浴花洒，所述第二连接口连接自来水管道。

9.一种制冷装置，其特征在于，包括第一循环泵、第二循环泵、散热器、蛇形管、制冷容器及如权利要求1-6中任一项所述传热装置；其中，所述半导体晶片的第一端的电臂与第二端的电臂均与所述直流供电装置连接时；

所述蛇形管设于所述制冷容器内，所述第一循环泵用于将一个所述流体通道内一股流体送入所述蛇形管后，又送回原流体通道；

所述第二循环泵用于将另一个所述流体通道内的另一股流体送入散热器后，又送回该流体通道。

10.一种温差发电装置，其特征在于，包括压缩机、节流装置、吸热装置及如权利要求1-6中任一项所述传热装置；其中，所述半导体晶片的第一端的电臂与第二端的电臂分别与所述电器负荷连接时；

所述节流装置连接两个所述流体通道的第一端；

一个所述流体通道的第二端、所述吸热装置、所述压缩机及另一个所述流体通道的第二端依次连接；

或者；

温差发电装置包括第一循环泵、第二循环泵、散热器、热源、加热换热器及如权利要求1-6中任一项所述传热装置；其中，所述半导体晶片的第一端的电臂与第二端的电臂分别与所述电器负荷连接时；

所述第一循环泵用于将一个所述流体通道中的一股流体输入所述散热器后，送回该流体通道；

所述第二循环泵用于将另一个所述流体通道中的另一股流体输入所述加热换热器后，送回该流体通道；

所述热源用于向所述加热换热器提供热量；

或者；

温差发电装置包括第一循环泵、第二循环泵、热源塔、蒸发器、冷凝器、压缩机、节流装置及如权利要求1-6中任一项所述传热装置；其中，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时；

所述压缩机与所述节流装置分别连接所述蒸发器与所述冷凝器的两端；

一个所述流体通道中的一股流体流入所述热源塔，所述热源塔用于加热该流体；所述第一循环泵用于将加热后的流体送入所述蒸发器后，又送回原流体通道；

所述第二循环泵用于将另一个所述流体通道中的另一股流送入所述冷凝器后，又送回该流体通道。

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