專利名稱：帶有熱電致冷裝置的熱棒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種熱棒。
技術(shù)背景我國(guó)多年凍土區(qū)面積占整個(gè)國(guó)土面積的22.4% ，是世界上第三凍 土大國(guó)。根據(jù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)防建設(shè)需要，將有越來(lái)越多的各種工業(yè)、民 用、軍用建筑修建在多年凍土地區(qū)，但是凍土是一種特殊的低溫己變的自然 體，保持多年凍土的穩(wěn)定是解決凍土地區(qū)建設(shè)的關(guān)鍵問(wèn)題。目前，熱棒已廣 泛應(yīng)用于凍土地區(qū)的各類基礎(chǔ)工程，盡管它的外形有所差異，但基本結(jié)構(gòu)均 為內(nèi)有低溫沸點(diǎn)傳熱工質(zhì)的封閉中空柱體，冷凝段上設(shè)有散熱翅片。它的不 足之處是；普通熱棒只能在空氣溫度低于凍土溫度時(shí)才能工作，可是多年凍 土地區(qū)約有半年的時(shí)間不能滿足熱棒的工作條件，如青藏高原地區(qū)夏季白天 的氣溫可達(dá)30'C或更高，在這樣逆溫差的條件下熱棒是不能工作的。于是在 自然溫度的作用下凍土?xí)诔磷冃?，造成其上的各種建筑物如道路、橋梁、 房屋等開裂、沉陷、變形以至毀壞。不僅如此，在夏天日照較強(qiáng)時(shí)，由于熱 棒金屬壁自身導(dǎo)熱的原因，它還會(huì)將少量的熱量傳到凍土里，加劇凍土的融 沉變形。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種能長(zhǎng)年正常工作的帶有熱電致 冷裝置的熱棒。
本實(shí)用新型主要是，在現(xiàn)有熱棒的冷凝段設(shè)置基于帕耳貼(Peltier )效應(yīng) 的半導(dǎo)體致冷裝置。
本實(shí)用新型的熱棒，可以是冷凝段和蒸發(fā)段連為一體的，也可以是分體的， 如是分體的它們的連接管外最好設(shè)隔熱保溫層。該熱棒冷凝段可以是光棒，但最好設(shè)有散熱片。最好散熱片表面設(shè)有防腐涂層。該防腐涂層外面設(shè)有為 減少吸收太陽(yáng)輻射的涂層。最好在熱棒蒸發(fā)段表面設(shè)有防腐涂層或保護(hù)陰極 的犧牲陽(yáng)極涂層。最好在熱棒冷凝段上設(shè)有監(jiān)控?zé)岚魷囟茸兓凸ぷ鳡顟B(tài)的 監(jiān)控機(jī)構(gòu)。
本實(shí)用新型的半導(dǎo)體致冷裝置主要包括有半導(dǎo)體元件、基板、外殼、絕 緣材料和直流電源。其中，半導(dǎo)體元件為半導(dǎo)體致冷芯片，其可設(shè)計(jì)成各種
形狀，單個(gè)的如棒狀或條狀，多個(gè)集合在一起如半圓環(huán)或1/n圓環(huán)形。上述 半導(dǎo)體元件豎直排列，它們的上下兩端分別設(shè)在金屬基板上，該基板呈環(huán)形， 最好中心通孔內(nèi)徑等于熱管外徑，使兩者基本無(wú)空隙，以便于熱量傳導(dǎo)。在 上述半導(dǎo)體元件的外面設(shè)有將它們罩在其內(nèi)的筒性形外殼，該金屬殼體上下 兩端分別與上下基板相連，兩者所構(gòu)成的內(nèi)呈圓柱形的殼體不僅支承和保護(hù) 上述半導(dǎo)體元件，同時(shí)還能進(jìn)行熱量傳導(dǎo)。根據(jù)帕耳貼(Peltier)原理，該 芯片一半是N型半導(dǎo)體元件，另一半是P型半導(dǎo)體元件。這些半導(dǎo)體元件同 一端(上端或下端)所有同類型(N型或P型)半導(dǎo)體元件通過(guò)導(dǎo)線連在一 起，其集合處可以是一根總導(dǎo)線，也可以是一個(gè)接點(diǎn)。這樣的集合處有4個(gè)， 其中半導(dǎo)體元件上端N型及P型的兩個(gè)集合處相連。半導(dǎo)體元件下端N型 的集合處與直流電源正極相連,P型的集合處與直流電源負(fù)極相連，構(gòu)成完整 回路，這就是帕耳貼(Peltier)致冷器。上述電源可以是普通的直流電源，也 可以是經(jīng)整流的交流電源還可以是太陽(yáng)能電池電源。上述半導(dǎo)體致冷裝置安 裝在維持凍土穩(wěn)定的熱棒冷凝段上，接通電源后，電流由N型元件流向P型 元件，電子流動(dòng)同時(shí)有熱量流動(dòng)，此時(shí)熱棒位于凍土中的蒸發(fā)段成為冷端， 而熱棒位于空氣中冷凝段成為熱端，即熱棒蒸發(fā)段的熱量被移到熱棒的冷凝 段，導(dǎo)致熱棒蒸發(fā)段溫度降低，以便保持凍土的穩(wěn)定，而傳導(dǎo)至冷凝段的熱 量則散發(fā)在空氣中。半導(dǎo)體致冷裝置吸熱量和放熱量的大小是由連通電流的
大小，半導(dǎo)體材料及N.P型元件的數(shù)量和種類決定的，這樣在半導(dǎo)體致冷裝 置溫差電動(dòng)勢(shì)的作用下，從凍土中采集與輸入電功率成比例的熱量，能防止 凍土發(fā)生融沉變形，從而保持凍土穩(wěn)定。為使上述半導(dǎo)體致冷裝置能正常工 作，在該裝置內(nèi)設(shè)有絕緣材料，其根據(jù)所設(shè)的位置不同形狀也不同，如半導(dǎo) 體元件兩端雖設(shè)在基板上，但兩者之間設(shè)將它們隔開的絕緣材料。另在上下 兩基板內(nèi)側(cè)設(shè)有將連接導(dǎo)線彼此絕緣的絕緣材料。上述半導(dǎo)體致冷裝置安裝 在熱棒頂部，為連接在頂部以外的部位或拆裝方便，最好上下基板，外殼及 其內(nèi)的半導(dǎo)體元件和絕緣材料，均由過(guò)軸線的平面將其分為兩半，并通過(guò)設(shè) 在兩半外殼上的連接件連為一個(gè)整體。這樣在空氣溫度高于凍土溫度條件下， 普通熱棒不能正常工作時(shí)使用；當(dāng)空氣溫度低于凍土溫度時(shí)，普通熱棒能正 常工作，可將上述半導(dǎo)體致冷裝置取下，以增加其使用壽命。 本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)；
1本實(shí)用新型在滿足熱棒工作條件的季節(jié)，熱棒內(nèi)部低沸氣工質(zhì)通過(guò)汽液兩相 轉(zhuǎn)換對(duì)流循環(huán)將凍土中的熱量傳輸?shù)娇諝庵?；在不滿足普通熱棒工作條件的 季節(jié)，安裝在冷凝段的半導(dǎo)體致冷裝置在電力的驅(qū)動(dòng)下從凍土中釆集與電功 率成正比的熱量，防止凍土發(fā)生凍脹或融沉變形，從而實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)年全天侯正常 工作，簡(jiǎn)單有效地解決了多年凍土越夏的穩(wěn)定問(wèn)題，進(jìn)而保證了其上建筑物 的安全。
2性能穩(wěn)定，能長(zhǎng)期可靠運(yùn)行。 3結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆裝方便。


圖1是本實(shí)用新型使用狀態(tài)示意簡(jiǎn)圖
圖2是本實(shí)用新型半導(dǎo)體致冷裝置的主視剖面示意簡(jiǎn)圖。
具體實(shí)施方式
在
圖1所示的帶有熱電致冷裝置的熱棒的使用狀態(tài)示意簡(jiǎn)圖中，外表面 設(shè)有防腐涂層的熱棒1蒸發(fā)段設(shè)在多年凍土層2內(nèi)，其上部穿過(guò)路基3冷凝 段位于空氣中，該冷凝段上設(shè)有散熱片4，該散熱片表面設(shè)有防腐涂層，該防 腐涂層外面設(shè)有減少太陽(yáng)輻射的涂層。在熱棒頂端的吊裝夾持機(jī)構(gòu)上設(shè)有半 導(dǎo)體致冷裝置5。
在圖2所示的本實(shí)用新型半導(dǎo)體致冷裝置的主視剖面示意簡(jiǎn)圖中，半導(dǎo)體 元件6,7豎直排列，它們的上下兩端分別設(shè)在環(huán)行基板8上。在半導(dǎo)體元件外 面設(shè)上下兩端分別與上下基板相連的外殼9，半導(dǎo)體元件同一端所有同類型的 半導(dǎo)體元件通過(guò)導(dǎo)線連接在一起，其中半導(dǎo)體元件上端N型6及P型7的兩 個(gè)集合處的兩根總導(dǎo)線相連，半導(dǎo)體元件下端N型集合處的接點(diǎn)通過(guò)導(dǎo)線與 直流電源10正極相連，P型集合處的接點(diǎn)通過(guò)導(dǎo)線與直流電源負(fù)極相連。半 導(dǎo)體元件兩端設(shè)將它們與基板隔開的絕緣材料。在上下兩基板內(nèi)側(cè)設(shè)將連接 導(dǎo)線彼此絕緣的絕緣材料ll。
權(quán)利要求1一種帶有熱電致冷裝置的熱棒，它包括有熱棒，其特征在于在熱棒冷凝段設(shè)置基于帕耳貼效應(yīng)的半導(dǎo)體致冷裝置。
專利摘要一種帶有熱電致冷裝置的熱棒，其主要是在熱棒冷凝段設(shè)置基于帕耳貼效應(yīng)的半導(dǎo)體致冷裝置。該半導(dǎo)體致冷裝置的半導(dǎo)體元件豎直排列，它們的上下兩端分別設(shè)在環(huán)形基板上，在半導(dǎo)體元件外面設(shè)上下兩端分別與上下基板相連的外殼，半導(dǎo)體元件同一端所有同類型的半導(dǎo)體元件通過(guò)導(dǎo)線連在一起，其中半導(dǎo)體元件上端N型及P型的兩個(gè)集合處相連，半導(dǎo)體元件下端N型的集合處與直流電源正極相連，P型的集合處與直流電源負(fù)極相連，在該半導(dǎo)體致冷裝置內(nèi)有絕緣材料。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆裝方便，性能穩(wěn)定，能長(zhǎng)期可靠運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)熱棒長(zhǎng)年全天侯正常工作，簡(jiǎn)單有效地解決了多年凍土越夏的穩(wěn)定問(wèn)題，進(jìn)而保證了其上建筑物的安全。
文檔編號(hào)F25B21/02GK201059818SQ20072001292
公開日2008年5月14日 申請(qǐng)日期2007年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月22日
發(fā)明者嚴(yán)軍華, 峰 高 申請(qǐng)人:大連熵立得傳熱技術(shù)有限公司