[发明专利]一种基于非均匀掺杂半导体的气体换热器

权利要求书

1.一种基于非均匀掺杂半导体的气体换热器，其特征在于：包括至少一换热片，该换热片包括至少一层热电转换基本装置，该热电转换基本装置包括绝缘导热介质层及半导体电臂，半导体电臂位于绝缘导热介质层之间，半导体电臂至少设置一段故意非均匀掺杂段，形成不均匀的半导体属性分布；热电转换基本装置与外部电路形成电连接，而至少其中一绝缘导热介质层与目标换热气体接触。

2.如权利要求1所述的一种基于非均匀掺杂半导体的气体换热器，其特征在于：半导体电臂整个为P型或整个为N型或者一部位为P型，另外某些部位为N型；同一个换热器中包含单独一种或多种半导体类型的电臂；所有或至少部分半导体电臂的整段或部分段沿宏观电流方向实施杂质浓度单调连续增大或单调连续减小的半导体掺杂处理。

3.如权利要求2所述的一种基于非均匀掺杂半导体的气体换热器，其特征在于：按照试图制冷的工作电流矢量正方向，对于需要实施非均匀掺杂的P型半导体电臂整根或部分段实施从一端到另一端从P-到P+的杂质浓度单调连续递增掺杂；N型半导体电臂沿试图制冷的工作电流矢量正方向方向实施从N+到N-的杂质浓度单调连续递减掺杂；同时包含P型和N型两种属性的半导体电臂，沿试图制冷的工作电流矢量正方向实施从N到P过渡变化的单调连续掺杂。

4.如权利要求1所述的一种基于非均匀掺杂半导体的气体换热器，其特征在于：同一层热电转换基本装置设置单独一个或相互电连接的多个半导体电臂，每一个或至少部分个半导体电臂中部设置为至少一段故意非均匀掺杂段，形成不均匀的半导体属性分布，两端设置为均匀掺杂段，作为相互实现电连接的区域，多个半导体电臂之间形成串联或并联，或部分串联，另外部分并联的电连接。

5.如权利要求1所述的一种基于非均匀掺杂半导体的气体换热器，其特征在于：换热片的热电转换基本装置设置为多层层叠的结构，相邻层热电转换基本装置的绝缘导热介质相互接触或共用，之间形成串联关系的热连接；任意一层热电转换基本装置内部设置多个半导体电臂时，多个半导体电臂之间进行电连接，电连接采用其它类型半导体或导体作为过渡连接物体进行连接，所述连接物体与更远离目标空气方向的绝缘导热介质相接触，形成热连接，以促使制冷过程中该部位释放的热能量朝更深层热电转换装置流动；不同层热电转换基本装置之间也进行电连接。

6.如权利要求1所述的一种基于非均匀掺杂半导体的气体换热器，其特征在于：气体流经换热片与热电转换基本装置的半导体电臂与之进行热交换；按照试图制冷的方向通以电流时，部分热能量被半导体电臂吸收，转换为电能输出，气体的温度降低，起到制冷的效果；热电转换基本装置通以反向电流条件时半导体电臂放热，加热流经的气体促使其升温；控制流经换热片的电流幅值大小，调节相应的制冷、制热功率，电流值越大，对应制冷或制热的功率也越大，反之则越小。

7.如权利要求1所述的一种基于非均匀掺杂半导体的气体换热器，其特征在于：换热片设置为相互平行的多片，任意两相邻平行的换热片的中心间距与其它相邻平行的换热片平均间距的误差≦100%。

8.如权利要求1所述的一种基于非均匀掺杂半导体的气体换热器，其特征在于：换热片设置为相互交叉的多片，交叉的多片换热片形成网格。

9.如权利要求1所述的一种基于非均匀掺杂半导体的气体换热器，其特征在于：换热片的表面设置为平面，或设置为曲面。

10.如权利要求1所述的一种基于非均匀掺杂半导体的气体换热器，其特征在于：还包括骨架，换热片安装在骨架上。

11.如权利要求1所述的一种基于非均匀掺杂半导体的气体换热器，其特征在于：调整换热片中非均匀掺杂半导体在电流方向单位长度内的平均掺杂浓度变化率，调整控制换热片制冷或制热的功率大小。