[实用新型]带有热电致冷装置的热棒

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种热棒。

背景技术

我国多年冻土区面积占整个国土面积的22.4％，是世界上第三冻土大国。根据国民经济建设和国防建设需要，将有越来越多的各种工业、民用、军用建筑修建在多年冻土地区，但是冻土是一种特殊的低温已变的自然体，保持多年冻土的稳定是解决冻土地区建设的关键问题。目前，热棒已广泛应用于冻土地区的各类基础工程，尽管它的外形有所差异，但基本结构均为内有低温沸点传热工质的封闭中空柱体，冷凝段上设有散热翅片。它的不足之处是；普通热棒只能在空气温度低于冻土温度时才能工作，可是多年冻土地区约有半年的时间不能满足热棒的工作条件，如青藏高原地区夏季白天的气温可达30℃或更高，在这样逆温差的条件下热棒是不能工作的。于是在自然温度的作用下冻土会融沉变形，造成其上的各种建筑物如道路、桥梁、房屋等开裂、沉陷、变形以至毁坏。不仅如此，在夏天日照较强时，由于热棒金属壁自身导热的原因，它还会将少量的热量传到冻土里，加剧冻土的融沉变形。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种能长年正常工作的带有热电致冷装置的热棒。

本实用新型主要是，在现有热棒的冷凝段设置基于帕耳贴(Peltier)效应的半导体致冷装置。

本实用新型的热棒，可以是冷凝段和蒸发段连为一体的，也可以是分体的，如是分体的它们的连接管外最好设隔热保温层。该热棒冷凝段可以是光棒，但最好设有散热片。最好散热片表面设有防腐涂层。该防腐涂层外面设有为减少吸收太阳辐射的涂层。最好在热棒蒸发段表面设有防腐涂层或保护阴极的牺牲阳极涂层。最好在热棒冷凝段上设有监控热棒温度变化和工作状态的监控机构。

本实用新型的半导体致冷装置主要包括有半导体元件、基板、外壳、绝缘材料和直流电源。其中，半导体元件为半导体致冷芯片，其可设计成各种形状，单个的如棒状或条状，多个集合在一起如半圆环或1/n圆环形。上述半导体元件竖直排列，它们的上下两端分别设在金属基板上，该基板呈环形，最好中心通孔内径等于热管外径，使两者基本无空隙，以便于热量传导。在上述半导体元件的外面设有将它们罩在其内的筒性形外壳，该金属壳体上下两端分别与上下基板相连，两者所构成的内呈圆柱形的壳体不仅支承和保护上述半导体元件，同时还能进行热量传导。根据帕耳贴(Peltier)原理，该芯片一半是N型半导体元件，另一半是P型半导体元件。这些半导体元件同一端(上端或下端)所有同类型(N型或P型)半导体元件通过导线连在一起，其集合处可以是一根总导线，也可以是一个接点。这样的集合处有4个，其中半导体元件上端N型及P型的两个集合处相连。半导体元件下端N型的集合处与直流电源正极相连，P型的集合处与直流电源负极相连，构成完整回路，这就是帕耳贴(Peltier)致冷器。上述电源可以是普通的直流电源，也可以是经整流的交流电源还可以是太阳能电池电源。上述半导体致冷装置安装在维持冻土稳定的热棒冷凝段上，接通电源后，电流由N型元件流向P型元件，电子流动同时有热量流动，此时热棒位于冻土中的蒸发段成为冷端，而热棒位于空气中冷凝段成为热端，即热棒蒸发段的热量被移到热棒的冷凝段，导致热棒蒸发段温度降低，以便保持冻土的稳定，而传导至冷凝段的热量则散发在空气中。半导体致冷装置吸热量和放热量的大小是由连通电流的大小，半导体材料及N.P型元件的数量和种类决定的，这样在半导体致冷装置温差电动势的作用下，从冻土中采集与输入电功率成比例的热量，能防止冻土发生融沉变形，从而保持冻土稳定。为使上述半导体致冷装置能正常工作，在该装置内设有绝缘材料，其根据所设的位置不同形状也不同，如半导体元件两端虽设在基板上，但两者之间设将它们隔开的绝缘材料。另在上下两基板内侧设有将连接导线彼此绝缘的绝缘材料。上述半导体致冷装置安装在热棒顶部，为连接在顶部以外的部位或拆装方便，最好上下基板，外壳及其内的半导体元件和绝缘材料，均由过轴线的平面将其分为两半，并通过设在两半外壳上的连接件连为一个整体。这样在空气温度高于冻土温度条件下，普通热棒不能正常工作时使用；当空气温度低于冻土温度时，普通热棒能正常工作，可将上述半导体致冷装置取下，以增加其使用寿命。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点；