專利名稱：帶有熱電致冷裝置的熱棒的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種熱棒。
技術背景我國多年凍土區(qū)面積占整個國土面積的22.4% ，是世界上第三凍 土大國。根據(jù)國民經(jīng)濟建設和國防建設需要，將有越來越多的各種工業(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)建設的關鍵問題。目前，熱棒已廣 泛應用于凍土地區(qū)的各類基礎工程，盡管它的外形有所差異，但基本結構均 為內(nèi)有低溫沸點傳熱工質(zhì)的封閉中空柱體，冷凝段上設有散熱翅片。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才能工作，可是多年凍 土地區(qū)約有半年的時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會融沉變形，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，在夏天日照較強時，由于熱 棒金屬壁自身導熱的原因，它還會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)容本實用新型的目的在于提供一種能長年正常工作的帶有熱電致 冷裝置的熱棒。
本實用新型主要是，在現(xiàn)有熱棒的冷凝段設置基于帕耳貼(Peltier )效應 的半導體致冷裝置。
本實用新型的熱棒，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隔熱保溫層。該熱棒冷凝段可以是光棒，但最好設有散熱片。最好散熱片表面設有防腐涂層。該防腐涂層外面設有為 減少吸收太陽輻射的涂層。最好在熱棒蒸發(fā)段表面設有防腐涂層或保護陰極 的犧牲陽極涂層。最好在熱棒冷凝段上設有監(jiān)控熱棒溫度變化和工作狀態(tài)的 監(jiān)控機構。
本實用新型的半導體致冷裝置主要包括有半導體元件、基板、外殼、絕 緣材料和直流電源。其中，半導體元件為半導體致冷芯片，其可設計成各種
形狀，單個的如棒狀或條狀，多個集合在一起如半圓環(huán)或1/n圓環(huán)形。上述 半導體元件豎直排列，它們的上下兩端分別設在金屬基板上，該基板呈環(huán)形， 最好中心通孔內(nèi)徑等于熱管外徑，使兩者基本無空隙，以便于熱量傳導。在 上述半導體元件的外面設有將它們罩在其內(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，兩者所構成的內(nèi)呈圓柱形的殼體不僅支承和保護 上述半導體元件，同時還能進行熱量傳導。根據(jù)帕耳貼(Peltier)原理，該 芯片一半是N型半導體元件，另一半是P型半導體元件。這些半導體元件同 一端(上端或下端)所有同類型(N型或P型)半導體元件通過導線連在一 起，其集合處可以是一根總導線，也可以是一個接點。這樣的集合處有4個， 其中半導體元件上端N型及P型的兩個集合處相連。半導體元件下端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極相連，構成完整 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能電池電源。上述半導體致冷裝置安 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，電子流動同時有熱量流動，此時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，導致熱棒蒸發(fā)段溫度降低，以便保持凍土的穩(wěn)定，而傳導至冷凝段的熱 量則散發(fā)在空氣中。半導體致冷裝置吸熱量和放熱量的大小是由連通電流的
大小，半導體材料及N.P型元件的數(shù)量和種類決定的，這樣在半導體致冷裝 置溫差電動勢的作用下，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。為使上述半導體致冷裝置能正常工 作，在該裝置內(nèi)設有絕緣材料，其根據(jù)所設的位置不同形狀也不同，如半導 體元件兩端雖設在基板上，但兩者之間設將它們隔開的絕緣材料。另在上下 兩基板內(nèi)側設有將連接導線彼此絕緣的絕緣材料。上述半導體致冷裝置安裝 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)的半導體元件和絕緣材料，均由過軸線的平面將其分為兩半，并通過設 在兩半外殼上的連接件連為一個整體。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使用；當空氣溫度低于凍土溫度時，普通熱棒能正 常工作，可將上述半導體致冷裝置取下，以增加其使用壽命。 本實用新型與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點；
1本實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)通過汽液兩相 轉換對流循環(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體致冷裝置在電力的驅動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，從而實現(xiàn)長年全天侯正常 工作，簡單有效地解決了多年凍土越夏的穩(wěn)定問題，進而保證了其上建筑物 的安全。
2性能穩(wěn)定，能長期可靠運行。 3結構簡單，拆裝方便。


圖1是本實用新型使用狀態(tài)示意簡圖
圖2是本實用新型半導體致冷裝置的主視剖面示意簡圖。
具體實施方式
在
圖1所示的帶有熱電致冷裝置的熱棒的使用狀態(tài)示意簡圖中，外表面 設有防腐涂層的熱棒1蒸發(fā)段設在多年凍土層2內(nèi)，其上部穿過路基3冷凝 段位于空氣中，該冷凝段上設有散熱片4，該散熱片表面設有防腐涂層，該防 腐涂層外面設有減少太陽輻射的涂層。在熱棒頂端的吊裝夾持機構上設有半 導體致冷裝置5。
在圖2所示的本實用新型半導體致冷裝置的主視剖面示意簡圖中，半導體 元件6,7豎直排列，它們的上下兩端分別設在環(huán)行基板8上。在半導體元件外 面設上下兩端分別與上下基板相連的外殼9，半導體元件同一端所有同類型的 半導體元件通過導線連接在一起，其中半導體元件上端N型6及P型7的兩 個集合處的兩根總導線相連，半導體元件下端N型集合處的接點通過導線與 直流電源10正極相連，P型集合處的接點通過導線與直流電源負極相連。半 導體元件兩端設將它們與基板隔開的絕緣材料。在上下兩基板內(nèi)側設將連接 導線彼此絕緣的絕緣材料ll。
權利要求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置基于帕耳貼效應的半導體致冷裝置。
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置基于帕耳貼效應的半導體致冷裝置。該半導體致冷裝置的半導體元件豎直排列，它們的上下兩端分別設在環(huán)形基板上，在半導體元件外面設上下兩端分別與上下基板相連的外殼，半導體元件同一端所有同類型的半導體元件通過導線連在一起，其中半導體元件上端N型及P型的兩個集合處相連，半導體元件下端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極相連，在該半導體致冷裝置內(nèi)有絕緣材料。本實用新型結構簡單，拆裝方便，性能穩(wěn)定，能長期可靠運行，可實現(xiàn)熱棒長年全天侯正常工作，簡單有效地解決了多年凍土越夏的穩(wěn)定問題，進而保證了其上建筑物的安全。
文檔編號F25B21/02GK201059818SQ20072001292
公開日2008年5月14日 申請日期2007年6月22日 優(yōu)先權日2007年6月22日
發(fā)明者嚴軍華, 峰 高 申請人:大連熵立得傳熱技術有限公司