專利名稱：：高容量熱電溫度控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：002本申請涉及固態(tài)冷卻、加熱以及發(fā)電系統(tǒng)的改進配置。
背景技術(shù)：
：003熱電裝置(TE)利用某些材料的特性在存在電流流動時產(chǎn)生材料兩端的溫度梯度。傳統(tǒng)的熱電裝置使用P-型和N-型半導體作為裝置內(nèi)的熱電材料。這些熱電材料在物理和電學方面采用可以獲得預期的加熱或冷卻功能的方式進行配置。004圖1A示出了目前熱電裝置中使用的最常用的配置。通常，P-型和N型熱電元件102被排列在兩個襯底104之間的矩形組件100內(nèi)。電流I流過這兩種元件類型。這些元件通過套在元件102末端的銅分流器106串聯(lián)在一起。當施加直流電壓108時，會在TE元件兩端產(chǎn)生溫度梯度。TE通常用于冷卻液體、氣體和固體物體。005從20世紀60年代起，固態(tài)冷卻、加熱和發(fā)電(SSCHP)系統(tǒng)就一直用于軍事和航空航天儀器、溫度控制和發(fā)電應(yīng)用。其在商業(yè)上的使用受到了限制，因為這種系統(tǒng)對于要實現(xiàn)的功能來說太昂貴，并且具有低的功率密度，所以SSCHP系統(tǒng)因為較大、較昂貴、效率較低而不能被商業(yè)所接受。006近來的材料改善可提供這樣的保證增長的效率和功率密度達到現(xiàn)有系統(tǒng)的一百倍。但是，熱電(TE)裝置的使用還是受到低效率、低功率密度和高成本的限制。007根據(jù)TE設(shè)計指南(MelcorCorporation"ThermoelectricHandbook"1995pp.16-17)可知，在目前的TE材料中，ZT=0.9的模塊在峰值效率下產(chǎn)生的冷卻功率大約是最大冷卻功率的22%。因此，為了達到最高可能的效率，與運行在最大冷卻情況下所需的模塊數(shù)目相比，需要多個TE模塊。結(jié)果，為達到有效運行所需的TE模塊的成本明顯偏高，并且產(chǎn)生的系統(tǒng)實際偏大。008根據(jù)文獻(例如，參見Goldsmid，H丄"ElectronicRefrigeration"1986，p.9)可知，最大熱冷卻功率可以記作(1)《co/t=々pr"c-三,-《A71，其中fc^是最佳熱冷卻功率；/。^是最佳電流；"是塞貝克(Seebeck)系數(shù)；/是系統(tǒng)電阻；《是系統(tǒng)導熱系數(shù)；Ar是熱側(cè)和冷側(cè)溫度的差值；以及T^是冷側(cè)溫度。而且，從Goldsmid的文獻中，可知(2)/—a1_a野l(fā)(Vzr晨—i)=/(m_i)，其中z是熱電材料品質(zhì)因數(shù)(figureofmerit);7r皿是熱側(cè)和冷側(cè)溫度的平均值；以及將(2)代入(1)得到:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>009等式(3)右側(cè)括號中的項與TE系統(tǒng)的大小(或尺寸)無關(guān)，所以冷卻量《，僅僅是材料特性和《的函數(shù)。對于圖1中的幾何圖形，《可以記作(4)〖=叢，丄c其中，A是N型和P型材料的平均導熱系數(shù)；^是元件的面積；而Z是每個元件的長度。010由于"是固有的材料特性，所以只要比率￡5^是固定的，則最佳熱功率《。f將是相同的。電流等于/。^時，電阻為+凡(5)ic=i。c+=、尸c其中，/^是TE元件的固有平均電阻系數(shù)；i。e是TE材料電阻；而i是寄生電阻。011此時，假設(shè)&為零，則/是常數(shù)。如果^^是固定的，則o尸r是常數(shù)。只有當比率》^,變化時，《才會變化，從而^^和W。c變化，因此/,才會變化。012通常，對于同樣的冷卻輸出，較小的裝置是有利的。例如，在熱電系統(tǒng)中重要的限制在于當固定值4:時，隨著長度丄c減小，寄生電阻損耗與TE材料損耗的比率^變得相對大(6)&=L尺013這一點可參考圖1C，其描繪了典型的熱電偶(TEcouple)。當一些寄生損耗出現(xiàn)時，設(shè)計合理的TE的最大寄生損耗之一來自于分流器106。每個TE元件102的分流器106的電阻約為8(7)A其中，C^是TE元件之間的間隙；^是TE元件和分流器的廣度(breadth);^是TE元件和分流器寬度(width);&是分流器厚度；而&是分流器電阻系數(shù)。014對于圖1的幾何圖形，TE元件的電阻是(8)i。c=:S^L，其中，々是TE元件長度。因此，在(6)中使用等式(7)和(8)，得到(9)0C=BCTc丄c乂p、re乂
發(fā)明內(nèi)容015在某些實施例中，提供了一種熱電系統(tǒng)。該熱電系統(tǒng)包括第一組多個熱電元件和第二組多個熱電元件。該熱電系統(tǒng)還包括多個熱傳遞裝置。每個熱傳遞裝置具有與第一組多個熱電元件的兩個或更多個熱電元件進行熱通信的第一側(cè)以及與第二組多個熱電元件的一個或更多個熱電元件進行熱通信的第二側(cè)，從而形成熱電元件和熱傳遞裝置堆疊。第一組多個熱電元件的兩個或更多個熱電元件彼此之間并行地電通信，而第一組多個電氣元件的兩個或更多個熱電元件與第二組多個熱電元件的一個或更多個熱電元件串行地電通信。016在某些實施例中，提供了一種熱電系統(tǒng)。該熱電系統(tǒng)包括多個熱電模塊和多個熱傳遞裝置。每個熱傳遞裝置包括外殼和在外殼內(nèi)的一個或更多個換熱器元件。每個熱傳遞裝置接受要流過該熱傳遞裝置的工作流體。至少一些熱傳遞裝置與多個熱電模塊的至少兩個熱電模塊進行熱通信，并且夾在所述至少兩個熱電模塊中間以形成交替的熱電模塊和熱傳遞裝置堆疊，如此布置從而沿著工作介質(zhì)運動的方向提供熱隔離。017在某些實施例中，提供了一種熱電系統(tǒng)。該熱電系統(tǒng)包括多個熱電模塊和多個熱傳遞裝置。每個熱傳遞裝置接受要流過該熱傳遞裝置的工作流體。至少一些熱傳遞裝置與多個熱電模塊的至少兩個熱電模塊進行熱通信，并且夾在所述至少兩個熱電模塊中間以形成交替的熱電模塊和熱傳遞裝置堆疊，如此布置從而沿著工作介質(zhì)運動的方向提供熱隔離。第一工作流體通過流過第一組熱傳遞裝置被冷卻，第二工作流體通過流過第二組熱傳遞裝置被加熱。018根據(jù)附圖和以下更為具體的說明，本公開的上述和其它方面將是顯而易見的。019圖1A-1B描述了傳統(tǒng)的TE模塊。020圖1C描述了傳統(tǒng)的熱電偶。021圖2描述了具有熱隔離且其工作介質(zhì)反向流動的SSCHP系統(tǒng)的一般布置。022圖3描述了當工作介質(zhì)在系統(tǒng)中前進時介質(zhì)中出現(xiàn)的溫度變化。023圖4A-4B描述了具有三個TE模塊、四個翅片換熱器和液體工作介質(zhì)的系統(tǒng)。024圖5A-5B描述了具有兩個TE模塊、分段式(segmented)換熱器的系統(tǒng)，以實現(xiàn)與單一換熱器的一定程度的熱隔離以及液體介質(zhì)的反向流動。025圖6描述了氣態(tài)介質(zhì)系統(tǒng)，其具有兩個TE模塊和管道式風扇(ductedfan)以控制液體流動。026圖7A-7D描述了固態(tài)介質(zhì)系統(tǒng)，其具有反向流動以進一步提高性能。TE元件利用高的長度-厚度比率來實現(xiàn)增加的熱隔離。027圖8描述了具有TE元件的系統(tǒng)，布置這些TE元件使得電流直接通過陣列，從而在提供改進的性能的同時降低成本、重量和大小。028圖9描述了具有TE元件、熱管和換熱器的系統(tǒng)，其簡易且成本低。熱側(cè)和冷側(cè)由通過熱管的熱傳輸分離開。029圖IO描述了一流體系統(tǒng)，其中流體被泵送(pump)通過換熱器和TE模塊陣列，以實現(xiàn)一端低溫，從而從氣體或來自流體或氣體的沉淀物中冷凝(condense)出水分。該系統(tǒng)具有預防措施來分流工作流體流動，以通過降低陣列的各部分間的溫差來提高效率。030圖11描述了一陣列，在該陣列中工作流體在不同位置進入并退出，且其中部分系統(tǒng)以反向流動模式運行，部分系統(tǒng)以平行流動模式運行。031圖12描述了具有降低的寄生電阻損耗的堆疊式TE系統(tǒng)。032圖13A描述了堆疊式系統(tǒng)的優(yōu)選實施例中TE元件和換熱構(gòu)件的細節(jié)。033圖13B描述了由圖13A所示的元件構(gòu)造的堆疊式系統(tǒng)的一部分。034圖14描述了另一TE元件和換熱器配置。035圖15描述了又一TE元件和換熱器配置。036圖16描述了具有并行電連接的兩行垂直TE元件的堆疊式配置。037圖17描述了具有兩行并行電連接的TE元件的冷卻/加熱組件。038圖18描述了具有兩個并行電連接的TE元件的另一配置。039圖19描述了一部分與另一部分電隔離的換熱器元件。040圖20描述了一部分與另一部分電隔離的換熱器元件的另一配置。041圖21描述了一部分與另一部分電隔離的換熱器元件的又一配置。042圖22描述了配置在一組電隔離且熱隔離的部分中的換熱器分段。043圖23描述了根據(jù)圖22的原理構(gòu)造的冷卻器/加熱器。044圖24A描述了TE元件沿流體流動方向排列的換熱分段。045圖24B描述了圖24A的分段，其被配置為隔離元件換熱器陣列，其中電流的流動基本平行于工作介質(zhì)流動。046圖25A描述了一種設(shè)計的分段，其被配置為隔離元件換熱器陣列，其中電流的流動基本垂直于電流流動的方向。047圖25B描述了圖25A中組件的平面圖。048圖26A描述了寄生電阻減小的TE換熱器模塊，其在相對高的電壓下運行。049圖26B描述了使用圖26A的TE模塊的換熱器陣列的平面圖。050圖27描述了熱傳遞到運動的固體構(gòu)件的隔離元件與堆疊式置。051圖28描述了在液體和氣體之間進行熱傳遞的隔離元件堆疊式陣列。052圖29描述了具有低寄生電阻以便在圖28的堆疊式陣列中使用的換熱器模塊。053圖30描述了隔離元件換熱器分段，其具有固體熱沉(heatsink)和運動的氣態(tài)工作流體。054圖31A描述了TE元件基本位于中心的換熱器元件，以加倍來自元件的熱傳遞。055圖31B描述了基本用于液體的另一熱傳遞元件，其TE元件基本位于中心。056圖31C描述了TE元件基本位于中心的又一換熱器。057圖32示意性地圖示了根據(jù)本文描述的某些實施例的示例性熱傳遞裝置的局部剖視圖。058圖33是與本文描述的某些實施例兼容的示例性熱電系統(tǒng)部件的視圖。059圖34示意性地圖示了與本文描述的某些實施例兼容的換熱器部件或示例性堆疊式熱電系統(tǒng)的工作流體路徑和電連接。060圖35圖示了安裝在測試夾具(future)中的示例部件。061圖36示出了對圖33的部件進行測試所測量的性能結(jié)果和模擬的模型結(jié)果的對比關(guān)系。062圖37圖示了圖33的部件在A7^10。C且Ar廣5。C(圖36中曲線的最高位置)時的COP和基于傳統(tǒng)熱電模塊的無熱隔離設(shè)計的性能間的對比關(guān)系。063圖38示出了具有多個部件的熱電裝置(為了圖示去掉了前面的覆蓋物和隔離體)。064圖39示出了對圖38中的裝置進行測量的實驗結(jié)果和計算的模型結(jié)果的對比關(guān)系。065圖40示意性地圖示了當工作流體繞行熱電系統(tǒng)時，三個熱電系統(tǒng)的溫度輪廓。066圖41示出了測量的溫度增長(Ar:r。^-rw)與從模型計算到的溫度增長間的關(guān)系。067圖42示出了用于在各種條件下對模型進行驗證的示例性熱電系統(tǒng)。068圖43示出了針對不同數(shù)量的熱隔離階段可達到的最大AT^。069圖44示出了最大功率時熱隔離的效果。070圖45示意性地圖示了與本文描述的某些實施例兼容的、利用液體的交叉連接的配置。071圖46示意性地圖示了根據(jù)本文描述的某些實施例將溫度適中的液體引入加熱側(cè)中的效果，其中其溫度與最初流動的溫度匹配。072圖47示出了根據(jù)本文描述的某些實施例用于從氣體中去除蒸氣(例如，空氣的除濕)的示例性熱電系統(tǒng)的示例性溫度分布。073圖48示出了傳統(tǒng)的熱電系統(tǒng)與利用熱隔離從空氣流中去除水分的熱電系統(tǒng)之間的相對能力。074圖49示出了放大的傳統(tǒng)熱電系統(tǒng)與放大的熱隔離熱電系統(tǒng)之間除濕能力的對比關(guān)系。具體實施例方式075在此說明書的上下文中，術(shù)語熱電模塊和TE模塊是廣義上普通且常用的含義，它們可以是(1)傳統(tǒng)的熱電模塊，諸如由加利福尼亞的圣迭哥的HiZTechnologies公司生產(chǎn)的熱電模塊，(2)量子隧道轉(zhuǎn)換器，(3)熱離子模塊，(4)磁熱模塊，(5)利用熱電效應(yīng)、磁熱效應(yīng)、量子效應(yīng)、隧道效應(yīng)和熱離子效應(yīng)的一個或任意組合的元件，(6)上述(1)到(6)的任意組合、陣列、組件和其它結(jié)構(gòu)。術(shù)語熱電元件更具體地表示利用熱電效應(yīng)、熱離子效應(yīng)、量子效應(yīng)、隧道效應(yīng)以及這些效應(yīng)的任意組合而運行的單個元件。076在以下描述中，熱電系統(tǒng)或SSCHP系統(tǒng)通過示例的方式進行描述。但是，本發(fā)明的用意在于這種技術(shù)和描述包括所有SSCHP系統(tǒng)。077因此，本發(fā)明通過使用為達到說明和圖示目的的特定實施例中的示例進行介紹。以下描述的各種示例圖示了各種配置，并且可以用于實現(xiàn)預期的改善。根據(jù)此說明書，特定實施例和示例僅是說明性的，而不意欲以任何方式限制所介紹的發(fā)明。此外，應(yīng)當理解術(shù)語冷卻側(cè)、13加熱側(cè)、冷側(cè)、熱側(cè)、較冷側(cè)、較熱側(cè)等等不表示任何特定溫度，而是相對術(shù)語。例如，熱電元件或陣列或模塊的"熱"側(cè)可以是環(huán)境溫度，而"冷"側(cè)的溫度比環(huán)境溫度更低。反之亦然。因此，術(shù)語彼此之間是相對的，以表明熱電的一側(cè)比反向指定的溫度側(cè)溫度更高或更低。078標題為"ImprovedEfficiencyThermoelectricsUtilizingThermalIsolation"的美國專利6,539,735描述的不同幾何圖形的效率增益為很多重要應(yīng)用產(chǎn)生了額外的50%到100%的提高。結(jié)合使用的材料的改進，關(guān)于四個或更多因素的系統(tǒng)效率增益在不久的將來似乎是可能的。這些真實的改進前景已經(jīng)使人們恢復了對該技術(shù)的興趣以及為新應(yīng)用開發(fā)SSCHP系統(tǒng)的努力。079一般說來，本公開描述了SSCHP配置的新家族。這些配置實現(xiàn)了緊湊、高效的能量轉(zhuǎn)換，并且成本可以相對較低。一般地，公開了多個實施例，其中TE元件或模塊(本文中統(tǒng)稱為元件)被夾在換熱器之間。TE元件被有利地確定方向，使得夾入換熱器的任意兩個元件面向換熱器的溫度類型側(cè)是相同的。例如，夾入換熱器的每個TE元件的較冷側(cè)面向相同的換熱器或分流器，因此彼此間的側(cè)面也相同。在一組配置中，至少一種工作介質(zhì)順序通過至少兩個換熱器，使得對工作介質(zhì)進行冷卻或加熱。這種配置實現(xiàn)的額外的好處是它在可制造系統(tǒng)中利用了美國專利6,539,725描述的熱隔離的優(yōu)點，所述可制造系統(tǒng)展示了上述參考文件中提到的高系統(tǒng)效率和功率密度。如在上述專利中所說明的，TE裝置一般通過將TE元件的整個組件細分成熱隔離的部件或部分來實現(xiàn)增大的或者提高的效率。例如，換熱器可以進行細分以在工作介質(zhì)流動的方向提供熱隔離。例如，TE系統(tǒng)有多個TE元件，這些TE元件形成具有冷卻側(cè)和加熱側(cè)的TE陣列，其中多個TE元件在跨越陣列的至少一個方向上基本彼此隔離。優(yōu)選地，熱隔離在工作介質(zhì)流動的方向上?？梢酝ㄟ^將換熱器配置為多個部分來提供熱隔離，使得換熱器具有在工作流體流動的方向上熱隔離的部分。080在此公開中，針對工作流體連續(xù)使用具有相同溫度類型的換熱器在其內(nèi)部提供了一種類型的熱隔離。此外，除了由至少一種工作流體依次通過的一連串換熱器或換熱器序列提供的絕熱外，換熱器或TE元件或TE模塊或任意組合可以被配置為在工作流體流動方向上提供絕熱。081公開的冷卻和/或加熱應(yīng)用的原理同樣適用于發(fā)電應(yīng)用，并且任何配置、設(shè)計細節(jié)以及可以以任意方式被組合以產(chǎn)生發(fā)電組件的相似部分也是適用的。在某種意義上，可以以某種方式對系統(tǒng)進行調(diào)整以使給定應(yīng)用的效率最大化，但是一般原理是適用的。082此應(yīng)用描述的實施例降低了結(jié)構(gòu)復雜性和SSCHP裝置的成本，同時仍保持或提高了源于熱隔離的效率增益。083還公開了幾個通過使用較少的TE材料降低成本并且有助于接近峰值效率的操作的實施例。很多實施例實現(xiàn)了寄生損耗的顯著降低(例如，參見圖12-31)。084公開的實施例的一方面涉及具有多個N型熱電元件和多個P型熱電元件的熱電系統(tǒng)。優(yōu)選地，提供多個第一分流器和多個第二分流器。至少一些第一分流器被夾在至少一個N型熱電元件和至少一個P型熱電元件之間，并且至少一些第二分流器被夾在至少一個P型熱電元件和至少一個N型熱電元件之間，從而形成具有第一分流器和第二分流器相互交替的熱電元件堆疊，其中至少一些第一分流器和至少一些第二分流器在不同的方向從該堆疊中凸出(projectaway)。085優(yōu)選地，熱電元件被構(gòu)造得很薄，諸如對于超晶格和異質(zhì)結(jié)構(gòu)熱電設(shè)計從5微米到1.2毫米，從20微米到200微米，在其它實施例中從100微米到600微米。這些設(shè)計為顯著降低熱電材料的使用作準備。086在一實施例中，熱電系統(tǒng)還包括電耦合到該堆疊的電流源，該驅(qū)動電流連續(xù)穿過熱傳遞裝置和熱電元件。在另一實施例中，熱傳遞裝置使至少一些P型熱電元件與至少一些N型熱電元件熱隔離。087在一實施例中，熱傳遞裝置接受工作流體以給定的方向流過該熱傳遞裝置。優(yōu)選地，熱傳遞裝置是換熱器，并且可以具有外殼和位于外殼內(nèi)的一個或多個換熱器元件。088在另一實施例中，至少一些第一分流器是由與第二分流器部分電隔離但熱耦合到第二分流器部分的第一電極部分構(gòu)成的。089圖2圖示了熱電陣列200的有利布局的第一個廣義實施例。陣列200具有多個TE模塊201、211、212、213、218，其與多個第一側(cè)換熱器202、203、205和多個第二側(cè)換熱器206、207、209保持良好的熱通信。名稱"第一側(cè)換熱器"和"第二側(cè)換熱器"不暗示或表示換熱器在整個SSCHP系統(tǒng)的一側(cè)或另一側(cè)上，只表示它們與熱電模塊的較冷側(cè)或較熱側(cè)進行熱通信。根據(jù)附圖可以清楚地看到換熱器實際夾在熱電模塊之間。在這個意義上，換熱器與熱電模塊的第一側(cè)或第二側(cè)進行熱通信。第一TE模塊201的較冷側(cè)與第一側(cè)換熱器205熱接觸，而TE模塊201的熱側(cè)與入口第二側(cè)換熱器206熱接觸。第二工作介質(zhì)215(諸如流體)在圖2的右上角通過入口第二側(cè)換熱器206進入陣列200，且在左下角從最后或出口第二側(cè)換熱器209退出。第一工作介質(zhì)216在左上角通過入口第一側(cè)換熱器202進入陣列，且在右下角從最后或出口第一側(cè)換熱器205退出。連接到電源(未顯示)的電線210(對于其它TE模塊與此類似)連接到每個TE模塊201。第一管道208(在圖2中表示為線)傳送第二工作介質(zhì)215，第二管道204傳送第一工作介質(zhì)216，順序通過所描述的各換熱器202、203、205、206、207和209。090在運行過程中，當向下通過入口第二側(cè)換熱器206時，第二工作介質(zhì)215從TE模塊201吸熱。第二工作介質(zhì)215經(jīng)過管道208，向上進入且通過第二側(cè)換熱器207。與換熱器207進行良好的熱通信的是TE模塊211和212的較熱側(cè)，這兩個TE模塊已經(jīng)被配置為使得其各自的較熱側(cè)面向彼此以夾入(sandwich)第二側(cè)換熱器207。第二側(cè)工作介質(zhì)215在經(jīng)過第二側(cè)換熱器207時被進一步加熱。第二側(cè)工作介質(zhì)215接著經(jīng)過第二側(cè)換熱器209，其中TE模塊213、218的較熱側(cè)也夾入第二側(cè)換熱器209并傳遞熱量給第二側(cè)換熱器209，從而進一步加熱第二側(cè)工作介質(zhì)215。通過換熱器209，第二工作介質(zhì)215從出口或最后第二側(cè)換熱器209退出陣列200。091類似地，第一工作介質(zhì)216從圖2的左上角進入入口第一側(cè)換熱器202。換熱器202與TE模塊218的較冷側(cè)保持良好的熱通信。第一工作介質(zhì)216在經(jīng)過入口第一側(cè)換熱器202時被冷卻，再經(jīng)過另一側(cè)換熱器203，并最終通過出口第一側(cè)換熱器205，在這里工作介質(zhì)成為較冷的工作介質(zhì)217退出。092熱電冷卻和加熱由電力提供，該電力通過配線210進入TE模塊218，且類似地進入所有其它TE模塊。093因此，總的說來，工作介質(zhì)與TE模塊的冷側(cè)在陣列的左手邊保持良好的熱接觸，從而將熱量從介質(zhì)中提取出來。之后，介質(zhì)接觸第二和第三TE模塊，此時額外的熱量被提取，介質(zhì)被進一步冷卻。隨著介質(zhì)向右前進通過預期數(shù)目的階段，累加冷卻的過程繼續(xù)。被冷卻適當次數(shù)后，介質(zhì)在右側(cè)退出。同時，第二介質(zhì)在最右側(cè)進入系統(tǒng)，并且當經(jīng)過第一階段時被逐漸加熱。之后，它進入下一階段，被進一步加熱，依此類推。每個階段的熱輸入是從鄰近的TE模塊的冷側(cè)提取熱量的結(jié)果，并且電力進入這些模塊。當沿大致為從右向左的方向運動時，熱側(cè)介質(zhì)被逐漸加熱。094除以上描述的幾何圖形外，如果兩種介質(zhì)均以相同的溫度進入并逐漸變熱以及變冷，系統(tǒng)還提供好處。與此類似，介質(zhì)可以在陣列內(nèi)的任意位置從冷側(cè)或熱側(cè)去除或者添加到冷側(cè)或熱側(cè)。陣列可以是任意有用數(shù)目的分段，諸如5，7，35，64以及更大數(shù)目的分段。095系統(tǒng)還可以通過反轉(zhuǎn)熱冷介質(zhì)與TE模塊接觸的過程，以及熱冷介質(zhì)從相反兩端運動的過程來運行(如圖2所示，只是熱介質(zhì)作為介質(zhì)216進入而冷介質(zhì)作為介質(zhì)215進入)。TE模塊兩端感生的溫度梯度產(chǎn)生電流和電壓，從而將熱能轉(zhuǎn)換成電能。所有這些工作模式和下文描述的模式都是本發(fā)明的部分。096如圖2所圖示的，將換熱器分離成一系列階段在工作介質(zhì)從TE模塊向TE模塊流動的方向提供了熱隔離。于2001年4月27日遞交的標題為"FirstImprovedEfficiencyThcrmoelectricsUtilizingThermalIsolation"的美國專利申請6,539,725詳細描述了熱隔離的原理，并且為了易于制造，貫穿本說明書通過各種具體且實用的示例展示了該原理。該專利申請通過引用整體并入本文。097如美國專利6,539,725所述，在圖2所描述的反向流動配置中逐步加熱和冷卻介質(zhì)會比在無熱隔離好處的單個TE模塊中的相同條件下產(chǎn)生更高的熱力學效率。因此，圖2所示的配置展示的SSCHP系統(tǒng)200通過夾在熱電模塊之間的換熱器的多個分段或階段來獲得熱隔離，該熱電模塊的設(shè)計緊湊且易于生產(chǎn)。1098除了以上提到的特征外，熱電模塊本身可以被構(gòu)造成在介質(zhì)流動的方向提供熱隔離，并且每個換熱器或一些換熱器可以被配置成通過將在圖5中進一步描述的配置或其它適當配置在單個換熱器中提供熱隔離。一般說來，換熱器可以在流動的方向被分段以沿著單個TE模塊(諸如TE模塊218)與入口換熱器202的流動方向提供增強的熱隔離。099圖3描述了與圖2的整體設(shè)計相同的陣列300，其包括連接在一起的多個TE模塊301和較冷側(cè)換熱器302、305和307，使得第一工作介質(zhì)315沿著所示連續(xù)的換熱器-換熱器路徑前進。與此類似，多個熱側(cè)換熱器309、311和313沿著箭頭所示的方向依次或以分段的方式傳送較熱側(cè)工作介質(zhì)317。TE模塊301如圖2的描述被布置且供電。100圖3的下半部分描述了較冷側(cè)工作介質(zhì)的的冷側(cè)溫度或溫度變化303、304、306、308以及較熱側(cè)工作介質(zhì)的熱側(cè)溫度310、312、314。101較冷側(cè)工作介質(zhì)315進入并經(jīng)過入口較冷側(cè)換熱器302。工作介質(zhì)在經(jīng)過入口較冷側(cè)換熱器302的溫降303通過冷側(cè)溫度曲線Tc中的下降303來表示。當經(jīng)過下一階段較冷側(cè)換熱器305時，較冷側(cè)工作介質(zhì)315被進一步冷卻，如溫降304所示，并且當它再經(jīng)過第三較冷側(cè)換熱器307時，伴隨溫降306。在溫度308時較冷側(cè)工作介質(zhì)315成為較冷液體316退出。與此類似，較熱側(cè)工作介質(zhì)317進入第一或入口較熱側(cè)換熱器309并且在第一溫度310時退出，如圖3中較熱側(cè)溫度曲線7^所示。如圖2中所提到的，較熱側(cè)工作介質(zhì)分階段在陣列300中前進，逐漸變熱，經(jīng)過出口較熱側(cè)換熱器313后最終在較熱溫度314時成為較熱工作流體318退出。容易看到，通過增加階段的數(shù)目(即TE模塊和換熱器的數(shù)目)，可以增加冷卻功率和加熱功率的數(shù)量，每個換熱器產(chǎn)生的溫度變化會減小，并且/或者可增加通過陣列的介質(zhì)的數(shù)量。如美國專利6,539,725的教導，在具有更多的階段時，雖然降低了速率，但是也會提高效率。102以上引用的實驗和描述表明可通過圖2和3的配置實現(xiàn)的熱隔離和逐步加熱與冷卻會導致顯著的效率增益，因此是至關(guān)重要的。使用這種系統(tǒng)，通過實驗測試已經(jīng)達到100%以上的效率增益。103圖4A描述了具有三個TE模塊402、四個換熱器403和兩個管道405的陣列400，其配置如圖2和圖3所述。較冷側(cè)工作流體和較熱側(cè)工作流體分別在較冷側(cè)入口404和較熱側(cè)入口407進入，并且分別在較冷側(cè)出口406和較熱側(cè)出口408退出。圖4B是換熱器403的一個實施例的更為詳細的視圖。圖中所示為適用于流體介質(zhì)的類型。換熱器組件403包括具有入口410和出口411的外殼412、換熱器翅片414和流體分布歧管(manifold)413。陣列400的運行與圖2和3中描述的本質(zhì)上是相同的。圖4中TE模塊402的數(shù)目是三，但是可以是任意數(shù)目。優(yōu)選地，外殼412是導熱的，其由適當材料制成，諸如防腐蝕的銅或鋁。在一個實施例中，換熱器翅片414優(yōu)選是焊接或蒸焊(braise)到外殼412的折疊銅或鋁，以實現(xiàn)TE模塊界面良好的導熱性。翅片414可以是任何形狀，但優(yōu)選是適于實現(xiàn)系統(tǒng)期望的熱傳遞特性的設(shè)計。詳細的設(shè)計指南可以在W.M.Kays和A.L.London的"CompactHeatExchangers"第三版中找到?？商娲?，可以使用任何其它適當?shù)膿Q熱器，諸如穿孔翅片、平行板、百葉窗式翅片、金屬絲網(wǎng)等等。這些配置在此領(lǐng)域是眾所周知的，并且可以在圖2到圖11中任一圖的任意配置中使用。104圖5A描述了圖4中管道連接的可替換配置，以提供從換熱器階段到換熱器的流動。陣列500具有第一TE模塊501和第二TE模塊510，三個換熱器502、503和506以及一管道504。當然，正如之前的實施例和配置，兩個第一側(cè)換熱器502、503和一個第二側(cè)換熱器506的特定數(shù)字不是限制性的，可以提供其它數(shù)字。105圖5B圖示了換熱器502、503、506的優(yōu)選實施例的放大視圖。圖5B中所示的換熱器配置將適用于其它實施例，并且可以在圖2-8和圖11的任一配置中使用。這種配置中的一個或多個換熱器的優(yōu)選實施例具有外殼516，其中分段的換熱器翅片511被間隙513分離。工作流體通過入口505進入并通過出口508退出。作為間隙的替代，換熱器可以被制成各向異性的，使得一部分是導熱的，而另一部分是不導熱的，來替代在換熱器翅片之間實際的物理間隙。這一點是為了在流動方向上在單個換熱器分段和另一單個換熱器分段之間獲得熱隔離。除了在圖2-5描述的實施例中通過具有各階段換熱器來提供的熱隔離之外，這里提供的將是又一熱隔106優(yōu)選地，第一工作流體507(例如將被加熱)進入入口505并向下經(jīng)過與第一TE模塊501熱通信的入口或第一換熱器502。工作流體507在底部退出并通過管道504被傳導到隨后的換熱器503，在這里它又沿向下的方向通過第二TE模塊510，并成為較熱工作流體508退出。優(yōu)選地，第二工作流體517從圖5A的底部通過入口518進入，并向上行進通過第三換熱器506，經(jīng)過TE模塊501和510的較冷側(cè)(在本示例中)。換熱器506與TE模塊501和510的較冷側(cè)保持良好的熱通信。根據(jù)以上引用的美國專利6，539，725的教導，通過這種布置，工作流體507和517形成反向流動系統(tǒng)。107優(yōu)選地，圖5B詳細示出的換熱器502、503和506被構(gòu)造成從TE模塊501、510的表面，通過外殼516，到換熱器翅片511(顯示為四個隔離分段)具有高的導熱性。但是，希望在流動方向具有低的導熱性，以使每個換熱器分段與其它分段熱隔離。如果隔離是有效的，并且TE模塊501和510在其垂直方向(工作流體流動的方向)沒有表現(xiàn)出高的內(nèi)部導熱性，則陣列500將得益于熱隔離并且能夠以較高的效率運行。實際上，陣列500會有反應(yīng)，仿佛陣列被構(gòu)造成具有更多個TE模塊和更多個換熱器。108圖6描述了又一加熱器/冷卻器系統(tǒng)600，該系統(tǒng)被設(shè)計成優(yōu)選地對工作氣體進行操作。加熱器/冷卻器系統(tǒng)600具有TE模塊601、602，這些模塊與第一側(cè)換熱器603、605以及第二側(cè)換熱器604保持良好的熱通信。第一工作流體(諸如空氣或其它氣體606)被容納在管道607、708、610中，第二工作流體616被容納在管道615、613中。風扇或泵609、614被安裝在管道608、615內(nèi)。109第一工作流體606通過入口管道607進入系統(tǒng)600。工作流體606經(jīng)過第一換熱器603，例如在這里被加熱(或被冷卻)。之后，工作流體606經(jīng)過風扇609，風扇609用于將工作流體606泵送通過管道608，且通過第二換熱器605，在這里它被進一步加熱(或冷卻)，且從出口導管610排出。與此類似，工作流體(諸如空氣或其它氣體)通過入口管道615進入。工作流體被第二風扇或泵614推動通過第三換熱器604，在此示例中它在這里被冷卻(或加熱)。被冷卻的(或被加熱的)工作流體616通過出口管道613退出。110系統(tǒng)600可以具有多個分段，這些分段包括圖5B所述的額外TE模塊和換熱器以及被隔離、分段的換熱器。也可以具有多個風扇或泵以提供額外的泵送力。此外，一個管道(例如607、608)可以具有一種流體，而其它管道613、615可以具有第二類型的氣體。可替代地，一側(cè)可以有液態(tài)工作流體，而另一側(cè)可以有氣體。因此，系統(tǒng)并不受限于工作介質(zhì)是流體還是液體。此外，應(yīng)當注意出口管道613可以排布在風扇管道609周圍。111圖7A描述了加熱和冷卻系統(tǒng)700，其優(yōu)選使用流體。該組件具有帶有多個第一側(cè)工作介質(zhì)703和多個第二側(cè)工作介質(zhì)704的多個TE模塊701。在本示例中，第一側(cè)工作介質(zhì)703和第二側(cè)工作介質(zhì)704都形成圓盤。第一側(cè)工作介質(zhì)703被連接到第一側(cè)軸709，而第二側(cè)工作介質(zhì)704被連接到第二側(cè)軸708。軸708、709依次分別連接到第一側(cè)馬達706和第二側(cè)馬達705，并且連接到對應(yīng)的軸承707。馬達旋轉(zhuǎn)的優(yōu)選方向如箭頭710和711所示。112分離器717將陣列分成兩部分并定位TE模塊701。由分離器717定位的TE模塊701被間隔開，使得交替地夾入第一側(cè)工作介質(zhì)703和第二側(cè)工作介質(zhì)704。對于任意兩個TE模塊701，模塊被定向使得如之前的實施例一樣其冷側(cè)和熱側(cè)面向彼此。工作介質(zhì)703、704與TE模塊701保持良好的熱通信。優(yōu)選在熱電元件701和工作介質(zhì)703、704之間的界面提供熱油脂或類似物質(zhì)。通過以下有關(guān)工作介質(zhì)703、704的操作的討論，使用油脂的目的將是顯而易見的。第一側(cè)外殼部分714和第二側(cè)外殼部分715包含受系統(tǒng)700調(diào)控的流體。電線712、713連接TE模塊701以便為TE模塊提供驅(qū)動電流。113圖7B是圖7A的系統(tǒng)700的一部分在7B-7B處的截面圖。第一流體721和第二流體723與其流動方向通過箭頭721和723表示。第一流體如箭頭722表示的退出，而第二流體如箭頭724表示的退出。系統(tǒng)700通過使電流經(jīng)過電線712和713到達TE模塊701而運行。TE模塊701的冷側(cè)和熱側(cè)面向彼此，以圖2和圖3所示的方式布置。例如，其相鄰的冷側(cè)面向第一側(cè)工作介質(zhì)703，其熱側(cè)面向第二側(cè)工作介質(zhì)704。分離器717提供定位TE模塊701以及將陣列700的熱側(cè)與被冷卻側(cè)分離的雙重功能。114例如，為了理解運行，假設(shè)第二流體723將被冷卻。冷卻通過與第二側(cè)介質(zhì)704的熱交換發(fā)生。當?shù)诙?cè)介質(zhì)704旋轉(zhuǎn)時，其表面與TE模塊701的較冷側(cè)接觸的部分在任何給定時間被冷卻。當該部分通過第二馬達705的作用而旋轉(zhuǎn)遠離TE模塊701時，第二介質(zhì)704冷卻第二側(cè)流體，之后，該流體在出口724退出。第二流體通過外殼部分715和分離器717被限定在陣列700內(nèi)。115與此類似，第一流體721被與TE模塊701的較熱側(cè)保持熱接觸的第一側(cè)介質(zhì)703加熱。旋轉(zhuǎn)(箭頭711所示)將第一介質(zhì)703的較熱部分移動到第一流體721可以經(jīng)過且可以通過熱接觸而被加熱的位置。第一流體721被限定在外殼714和分離器717之間并在出口722退出。116如以上所提到的，導熱油脂或液態(tài)金屬，諸如水銀，可用于提供TE模塊701與介質(zhì)703、704在接觸區(qū)域良好的熱接觸。117如以上所提到的，圖7A和7B的配置也可以有利地用于冷卻或加熱外部組件，諸如微處理器、激光二極管等等。在這樣的示例中，圓盤將利用熱油脂或液態(tài)金屬等來接觸部件以傳遞熱量給部件或傳遞來自部件的熱量。118圖7C描述了系統(tǒng)700的改良版，其中TE模塊701被分斷以實現(xiàn)熱隔離。圖7C示出了陣列700的部分的詳細視圖，其中TE模塊701和702將熱能傳遞給熱運動介質(zhì)704和703(在此示例中為旋轉(zhuǎn)的圓盤)。運動介質(zhì)704和703分別圍繞軸733和734旋轉(zhuǎn)。119在一個實施例中，優(yōu)選地，工作介質(zhì)704和703以相反的方向旋轉(zhuǎn)，如箭頭710和711所示。當運動介質(zhì)704、703旋轉(zhuǎn)時，來自TE模塊701和702的不同部分的熱傳遞開始與運動介質(zhì)704、703熱接觸并逐步改變它們的溫度。例如，第一TE模塊726在特定位置加熱運動介質(zhì)704。當運動介質(zhì)704逆時針方向旋轉(zhuǎn)時，在該位置的運動介質(zhì)704的材料運動直至接觸第二TE模塊725。之后，運動介質(zhì)704的相同部分運動到其它TE模塊分段701。當運動介質(zhì)703逆時針方向旋轉(zhuǎn)且接合TE模塊701并隨后接合TE模塊725和726時，發(fā)生相反的動作。120優(yōu)選地，運動介質(zhì)704、703在徑向和軸向方向具有良好的導熱性，在其角方向即運動方向的導熱性較差。使用此特征，從一個TE模塊725到另一TE模塊726通過運動介質(zhì)704、708的傳導性實現(xiàn)的熱傳遞被最小化，從而達到有效的熱隔離。121作為TE模塊或分段701、725、726的一種選擇，可以用單個TE元件或多個TE元件分段替代。在此情形下，如果與其在運動介質(zhì)704、703運動方向的長度相比，TE元件701很薄，并且在此方向的導熱性相對較差，則它們將在其長度上表現(xiàn)出有效的熱隔離。它們將傳導熱量，并因此作出熱反應(yīng)，好像它們是由分離的TE模塊701構(gòu)成的一樣。此特征與運動介質(zhì)704、703內(nèi)運動方向上的低導熱性結(jié)合可以實現(xiàn)有效的熱隔離，并因此提供增強的性能。122圖7D描述了運動介質(zhì)704、703的可選配置，其中介質(zhì)被構(gòu)造成具有輪輻(spoke)727和731的車輪729和732的形狀。在輪輻727和731之間的空間內(nèi)且與其保持良好的熱接觸的是換熱器材料728和730。123系統(tǒng)700可以在圖7D所示的又一模式中運行。在此配置中，工作流體(未顯示)沿著陣列700的軸線作軸向運動，經(jīng)過工作介質(zhì)704、703，連續(xù)地從軸向上一個介質(zhì)704到下一運動介質(zhì)704等等，直至經(jīng)過最后的介質(zhì)704并退出。與此類似，分離的工作流體(未顯示)經(jīng)過在軸向上通過陣列700的單個運動介質(zhì)703。在此配置中，管道714和715以及分離器717被定形，以形成圍繞運動介質(zhì)704、703并分離介質(zhì)704和703的連續(xù)環(huán)。124當工作流體在軸向上流動時，熱能通過換熱器728和730被傳遞給工作流體。優(yōu)選地，例如，熱側(cè)工作流體通過換熱器728，并在工作流體運動經(jīng)過換熱器730的相反方向上運動經(jīng)過陣列700。在此工作模式中，陣列700用作逆流換熱器，一連串有序的換熱器728、730逐步加熱和冷卻經(jīng)過它們的各自的工作流體。如圖7C所示，熱活性組件可以是TE模塊701，其被構(gòu)造成在運動介質(zhì)704、703運動的方向具有有效的熱隔離。可替代地，TE模塊701和702可以是圖7C所示的分段。在后一種情形下，運動介質(zhì)704、703進一步優(yōu)選為在運動方向上具有低的導熱性，以便熱隔離運動介質(zhì)704、703外面的圓盤729和732的部分。125可替代地，設(shè)計可以進一步包括部分729和732中的徑向槽(未顯示)，這些徑向槽承受來自TE模塊701和702的熱傳遞，以在運動方向?qū)崿F(xiàn)熱隔離。126圖8示出了熱電系統(tǒng)800的另一實施例，系統(tǒng)800在第一側(cè)換熱器803和第二側(cè)換熱器808之間具有多個TE元件801(有陰影線)和802(無陰影線)。電源805提供電流804，并通過配線806、807連接到換熱器808。系統(tǒng)800具有管道和泵或風扇(未顯示)，以移動熱側(cè)工作介質(zhì)和冷側(cè)工作介質(zhì)通過陣列800，例如，如圖2、3、4、5、6和7所述。127在此設(shè)計中，TE模塊(具有多個TE元件)被TE元件801和802代替。例如，有陰影線的TE元件801可以是N型TE元件，而無陰影線的TE元件802可以是P型TE元件。對于此設(shè)計，優(yōu)選將換熱器803和808配置為具有很高的導電性。例如，換熱器803、808的外殼以及它們的內(nèi)部翅片或其它類型的換熱器構(gòu)件可以用銅或其它具有高導熱性和導電性的材料制成?？商娲?，換熱器803和808可以與TE元件801和802保持很好的熱通信，但是電隔離開。在此情形下，電分流器(未顯示)可以連接到TE元件801和802的表面，以通過與圖1所示類似的方式將其電連接，但是分流器以環(huán)形方式通過換熱器803和808。128不管如何配置，例如，經(jīng)過N型801到達P型TE元件802的直流電流804將冷卻夾在二者之間的第一側(cè)換熱器803，并且之后經(jīng)過P型TE元件802到達N型TE元件801的電流804將加熱夾在二者之間的第二側(cè)換熱器808。129陣列800可以表現(xiàn)出最小尺寸和熱損耗，因為可以取消或減少分流器、基底和標準TE模塊的多根電連接器線。而且，如果這些組件被設(shè)計成具有高導電性和電容量，則TE元件801和802可以是容納高電流的異質(zhì)結(jié)構(gòu)。在這樣的配置中，陣列800可產(chǎn)生高熱功率密度。130圖9描述了與圖8所述的一般類型相同的熱電系統(tǒng)900，該系統(tǒng)具有P型TE元件901和N型TE元件902，二者位于第一側(cè)熱傳遞構(gòu)件903和第二側(cè)熱傳遞構(gòu)件905之間并與其保持良好的熱接觸。在此配置中，熱傳遞構(gòu)件903和905具有導熱棒或加熱管的形狀。連到熱傳遞構(gòu)件903和905并與其保持良好的熱通信的是換熱器翅片904、906等等。第一管道907限制第一工作介質(zhì)908和909的流動，而第二管道914限制第二工作流體910和911的流動。電連接器912和913將電流傳導到圖8所述的交替P型和N型TE元件901、902形成的堆疊。131在運行中，通過示例的方式，電流通過第一連接器912進入陣列900，經(jīng)過交替的P型TE元件901(有陰影線)和N型TE元件卯2(無陰影線)，并通過第二電連接器913退出。在此過程中，第一工作介質(zhì)908逐漸變熱，因為它被來自熱傳遞翅片904的傳導加熱，而熱傳遞翅片904反過來通過第一熱傳遞構(gòu)件903被傳導加熱。第一管道907圍繞并限制第一工作介質(zhì)908，所以它以變化了的溫度作為工作流體卯9退出。第一管道907的部分使TE元件901、902和第二側(cè)熱傳遞構(gòu)件905與第一(此情形下是熱的)工作介質(zhì)908和909絕熱。與此類似，第二工作介質(zhì)910通過第二管道914進入，當經(jīng)過第二側(cè)換熱器906時被冷卻(此示例中)，并且作為被冷卻的流體911退出。TE元件901、902向第二側(cè)熱傳遞構(gòu)件905提供冷卻，從而向換熱器翅片906提供冷卻。第二側(cè)管道914用于限定第二(此示例中被冷卻的)工作介質(zhì)910，并且使其與陣列900的其它部分絕緣。132盡管在圖8-9的實施例中被描繪成用于單個TE元件，但是TE模塊可以代替TE元件卯1、902。此外，在某些情形下，優(yōu)選將TE元件901、902與熱傳遞構(gòu)件903、905電隔離，并且使電流通過分流器(未顯示)。而且，換熱器904、906可以是對系統(tǒng)功能有利的任何設(shè)計。與其它實施例相同，可以看到圖8和圖9的配置提供相對容易的可制造的系統(tǒng)，并依靠熱隔離提供提高的效率。例如，在圖8中，在P型和N型熱電元件之間交替的換熱器808、803將是較冷或較熱的換熱器類型中的一種，但是將彼此適當絕熱，并導致P型和N型熱電元件彼此適當絕熱。133圖IO描述了提供熱隔離的另一熱電陣列系統(tǒng)(IOOO)。優(yōu)選地，此配置可以執(zhí)行系統(tǒng)的功能，該系統(tǒng)利用相同介質(zhì)的冷卻和加熱來除濕或去除沉淀物、薄霧、可冷凝的蒸氣、反應(yīng)產(chǎn)物等等，并將介質(zhì)返回到稍微超出其最初溫度的溫度。134系統(tǒng)1000包括由交替的P型TE元件1001和N型TE元件1002形成的堆疊，還具有散布的冷側(cè)熱傳遞元件1003和熱側(cè)熱傳遞元件1004。在所述的實施例中，為較冷側(cè)熱傳遞元件1003和較熱側(cè)熱傳遞元件1004提供換熱器翅片1005、1006。較冷側(cè)管道1018和較熱側(cè)管道1019引導陣列1000內(nèi)的工作流體1007、1008和1009。風扇1010拉動工作流體1007、1008和1009通過陣列1000。優(yōu)選地，當從TE元件堆疊流經(jīng)較冷側(cè)時，較冷絕緣體1012熱隔離工作流體1007，而當從TE元件堆疊流經(jīng)較熱側(cè)時，較熱絕緣體1020優(yōu)選隔離工作流體。擋板(baffle)IOIO等使較冷側(cè)和較熱側(cè)分離。在一個優(yōu)選實施例中，擋板1010具有多個通道1010用于工作流體1021經(jīng)過。與此類似，在一個實施例中，流體通道1017允許流體1016進入熱側(cè)流動通道。135篩網(wǎng)(screen)1011或其它多孔工作流體流動限制器將陣列1000的較冷側(cè)和較熱側(cè)分離。冷凝物、固態(tài)沉淀物、液體等1013在陣列1000的底部聚集，并且可以經(jīng)過閥1014且通過管口1015取出。136如圖9的描述中所討論的，電流通過TE元件1001和1002的流動(未顯示)冷卻較冷側(cè)熱傳遞元件1003并加熱較熱側(cè)熱傳遞元件1004。在運行過程中，當工作流體1007向下經(jīng)過較冷側(cè)時，沉淀物、水氣或來自工作流體1007的其它冷凝物1013會在陣列1000的底部聚集。根據(jù)需要，閥1014可以被打開，并且沉淀物、水氣或冷凝物1013可以通過管口1015去除或由任何其它適當裝置提取出來。137優(yōu)選地，一些工作流體1021可以從較冷側(cè)經(jīng)過旁路通道1020到達較熱側(cè)。通過這種設(shè)計，并非使所有較冷側(cè)流體1007經(jīng)過流動限制器1011，而是可用來局部降低較熱側(cè)工作流體的溫度，從而提高陣列1000在某些條件下的熱力學效率。旁路通道1020和流動限制器1011之間流動的適當均衡可以通過對系統(tǒng)流動特性的適當設(shè)計來實現(xiàn)。例如，可以通過包含閥來控制流動，且具體通道可以被打開或關(guān)閉。在一些使用中，流動限制器1011也可以用作過濾器以從液體或氣態(tài)工作流體1008中去除沉淀物，或從氣態(tài)工作流體1008中去除薄霧或霧。138優(yōu)選地，其它較熱側(cè)冷卻液1016可以通過側(cè)通道1017進入陣列1000，同樣是為了達到減低較熱側(cè)工作流體的溫度或提高陣列1000的效率的目的。139這種配置可以在流動限制器1011處產(chǎn)生很冷的條件，使得工作流體1008可以具有對大量的沉淀物、冷凝物或水氣的去除能力。在可選的工作模式中，可以反轉(zhuǎn)風扇IOIO的電源并操作系統(tǒng)以便加熱工作流體并使其返回到冷卻狀態(tài)。這有利于去除加熱過程形成的反應(yīng)產(chǎn)物、沉淀物、冷凝物、水氣等等。在一個優(yōu)選實施例中，流動限制器1011和/或換熱器1005和1006可以具有對系統(tǒng)中發(fā)生的過程起到提高、更改、使能、避免作用或者對其有其他影響的催化劑特性。對于液態(tài)工作流體，一個或多個泵可代替風扇/馬達1010從而達到優(yōu)越的性能。140圖11描述了在設(shè)計方面與圖2和圖3類似的熱電陣列1100，但是其中工作介質(zhì)通過系統(tǒng)的路徑改變了。陣列1100具有分散在換熱器1102之間的TE模塊1101。多個入口端1103、1105、1107傳導工作介質(zhì)通過陣列1100。多個出口端1104、1106和1108傳導來自陣列1100的工作介質(zhì)。141在運行過程中，通過示例的方式，要被冷卻的工作介質(zhì)在第一入口端1103進入并且經(jīng)過多個換熱器1102，從而逐漸冷卻(此示例中)，并通過第一出口端1104退出。從陣列1100中去除熱量的一部分工作介質(zhì)通過第二入口端1105進入，經(jīng)過換熱器1102，在此過程中被逐漸加熱，并通過第二出口端1106退出。142去除熱量的工作介質(zhì)的第二部分進入第三入口端1107，當經(jīng)過一些換熱器1102時被加熱，并且通過第三出口端1108退出。143這種設(shè)計允許從通過第一入口端1103到第一出口端1104的冷卻側(cè)工作介質(zhì)被高效冷卻，因為此示例中熱側(cè)工作介質(zhì)在兩個位置進入，并且TE模塊1101上產(chǎn)生的溫度差異會平均低于工作介質(zhì)在單端口進入產(chǎn)生的溫度差異。如果通常的溫度梯度平均起來比較低，則在大多數(shù)情形下，產(chǎn)生的系統(tǒng)效率將是比較高的?？梢哉{(diào)整通過第二入口端1105和第三入口端1107的相對流速以達到預期的性能或?qū)ψ兓耐獠織l件作出響應(yīng)。通過示例的方式，通過第三入口端1107的較高流速(最有效的情形是，將通過該端口的流動方向反轉(zhuǎn)使得第三出口端1108成為入口)會引起在第一出口端1104退出的冷側(cè)工作介質(zhì)的較冷出口溫度。144傳統(tǒng)熱電100的基本潛在連接的更多細節(jié)在圖1C中示出。如以上提到的，P型元件110和N型元件112是本領(lǐng)域眾所周知的類型。分流器106與P型TE元件110和N型TE元件112連接并保持良好的電連接。通常，大量的這種TE元件和分流器被連接到一起以形成TE模塊，如圖1A所示。145TE元件110、112在電流流動方向的長度是^116;其廣度是5C117;其寬度是^.118，其距離是Gcl20。分流器106的厚度是Tcl09。146尺寸A、K和4以及TE材料的品質(zhì)因數(shù)Z、電流122和工作溫度確定冷卻、加熱或產(chǎn)生的電能量，這是本領(lǐng)域眾所周知的(例如，參見Angrist，S.W."DirectEnergyConversion"3rdEd.1977Ch.4)。147圖12描述的設(shè)計改變了圖1的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在某種意義上降低了所需熱電材料的數(shù)量和分流器106中寄生電阻的大小。TE配置1200具有多個傳導類型交替的第一側(cè)TE元件1201、1202，其連續(xù)地夾在分流器1203和多個第二側(cè)分流器1204之間，使得電流1209垂直于分流器的廣度^和寬度^經(jīng)過，而不是如圖1C所示基本平行于廣度。對于圖12的設(shè)計，i^與i^的比率^為(10)其中，(12)因此，(13)乂5(尸、'幼、5"、J7"S乂射t;是分流器厚度A是TE元件長度i^是分流器電阻率^是TE元件和分流器的有效廣度^是TE元件和分流器的有效寬度148如果^被設(shè)為等于A，則寄生電阻損耗將對圖1C和圖12的配置的性能具有相同比例的影響。為了對比的目的，假設(shè)兩種配置的材料特性是相同的，貝IJ:(14)或在B中使用等式(9和12);(15)乙e149對于目前的典型的熱電模塊;5C并且，假設(shè):rs2附附幼(16)i".4丄s150因此，長度；可以是斗的1/6.4，并且產(chǎn)生的圖12的設(shè)計的電阻損耗不會超過傳統(tǒng)TE模塊的電阻損耗。如果是這種情形，并且所有其它損耗被忽略或適當減少，利用圖12的配置的TE系統(tǒng)將與圖1C的系統(tǒng)將具有相同的運行效率，但是^=々/6.4。151新配置的體積可以與圖1C的體積相比。對于相同的《^，面積比一定保持相同，所以(17)爿s々并且，因為(18)Zd1Zc6.4(19)々=6.化。152兩種熱電材料的體積比為:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage30</formula>153因此，在這些假設(shè)下，同樣需要1/41的TE材料。盡管實際的電勢降低由于所做假設(shè)的正確性而不會完全實現(xiàn)，不過有益于降低使用的TE材料的數(shù)量，并因此也有益于降低成本和大小。154圖12的TE堆疊配置1200具有長度為^1205的P型TE元件1201和N型TE元件1202。電流流動的方向利用箭頭1209表示。TE元件的廣度為^，寬度為^。第二側(cè)分流器1204("PN分流器")在電流流動的方向上位于P型TE元件1201和N型TE元件1202之間。第一側(cè)分流器1203("NP分流器")在電流流動的方向上位于N型1202和P型1201元件之間。PN分流器1204—般在相反的方向從堆疊1200而不是NP分流器1203開始延伸。除180。以外的角度也是有利的。155如果在所指示的方向有適當電流1209流過，則NP分流器1203被冷卻并且PN分流器1204被加熱。通過這種配置，對于相同的TE元件尺寸，配置1200的寄生電阻損耗通常比圖1的傳統(tǒng)配置100的寄生電阻損耗低。因此，如果TE長度i^1205被減小以使兩種配置中的寄生電力損耗的比率相等，則TE長度；1205將變得比較小，并且有利的是，圖12的配置可以以比圖1所示的更高的功率密度運行。結(jié)果，圖12的配置1200也使用較少的熱電材料，并且可以比圖1的傳統(tǒng)設(shè)計更緊湊。156分流器1203、1204可以提供傳遞熱能遠離TE元件1201、1202以及與外界物體或介質(zhì)諸如工作流體交換熱能的雙重功能。157圖13A描述了被組合以形成換熱器1302的分流器的優(yōu)選實施例1300的圖示。優(yōu)選地，至少一個TE元件1301被電連接到換熱分流器1302的凸起電極表面1303，諸如使用焊料進行連接。優(yōu)選地，分流器1302可以主要由良好的熱導體(諸如鋁)構(gòu)成，并具有由高導電材料諸如銅組成的整體復合覆蓋(dadoverlay)材料1304、1305以方便TE元件1301連接和電流在低電阻下流動。158圖13B描述了堆疊式熱電組件1310的一部分的詳細側(cè)視圖，堆疊式熱電組件1310由圖13A中的熱電分流器1302和TE元件1301構(gòu)成。具有凸起電極表面1303的多個分流器1302被串行電連接到導電類型交替的TE元件1301。159當施加適當?shù)碾娏鲿r，分流器1302將被交替地加熱和冷卻。產(chǎn)生的熱能被分流器1302從TE元件1301傳送出去。優(yōu)選地，凸起的電極1303便于實現(xiàn)可靠、低成本、穩(wěn)定的表面以連接TE元件1301。事實上，可提供多個這些組件1310構(gòu)成的堆疊。也可以使用堆疊陣列，同樣會更便于熱隔離。160電極1303優(yōu)選被定形以避免焯料使TE元件1301短路。而且，電極1303優(yōu)選被定形以通過TE元件1301控制接觸區(qū)域，并因此控制電流密度。161圖14描述了分流換熱器的一部分1400的示例。該部分1400具有增大的表面積以幫助熱傳遞。TE元件1401被連接到分流器1402，優(yōu)選如圖13A所示進行構(gòu)造，或如該應(yīng)用中的其它實施例所示進行構(gòu)造。換熱器1403、1404諸如翅片以良好的熱接觸(諸如通過銅焊)連接到分流器1402。在此實施例中，工作流體1405經(jīng)過換熱器1403、1404。162優(yōu)選地，對分流部分1400進行配置，從而當工作流體1405流過換熱器1403、1404時，熱能被有效傳遞。而且，對材料的大小以及分流器1402和換熱器1403、1404的比例進行設(shè)計，以便當與諸如圖12和13B中所述的堆疊結(jié)合時最優(yōu)化運行效率。優(yōu)選地，換熱器1403、1404可以是裝有百葉窗的、多孔的或者可以被實現(xiàn)所述目的的其它換熱器設(shè)計代替，諸如W.M.Kays和A.L.London的"CompactHeatExchangers"第3版描述的換熱器。換熱器1403、1404可以通過環(huán)氧樹脂、焊料、銅焊(braze)、焊接或提供良好熱接觸的任何其它連接方法連接到分流器1402。163圖15描述了分流器分段1500的另一示例。分流器分段1500被構(gòu)造成包括多個分流元件1501、1502、1503和1504。分流元件1501、1502、1503和1504可以彼此疊置、銅焊、鉚接到一起或者以任何其它方式連接，這些方式為電流1507提供低電阻路徑以使其經(jīng)過并提供從TE元件1506到分流器1501、1502、1503和1504的低熱阻。TE元件1506優(yōu)選在基礎(chǔ)部分1505處或基礎(chǔ)部分1505附近被連接到分段1500。164分流器分段1500描述了可替代圖14的分流器分段1400的設(shè)計，并且可被配置成圖12和13描述的多個堆疊，且之后根據(jù)需要可配置成堆疊陣列。圖14和15中的配置均可被自動組合以降低由這些設(shè)計構(gòu)成的TE系統(tǒng)的勞動成本。165分流器分段還可以形成為如圖16所示的堆疊組件1600。中心分流器1602在第一側(cè)的每個末端具有導電類型相同的第一側(cè)TE組件1601，并且在中心分流器1602的相對側(cè)的每個末端具有導電類型相反的第二側(cè)TE元件1605。如圖16所示，每個中心分流器1602被置于右分流器1603和左分流器1604之間，形成分流器1602構(gòu)成的堆疊。放置右分流器1603使得左端夾在TE元件1601、1605之間并與其保持良好熱接觸和電接觸。與此類似，放置左側(cè)分流器1604使得右端夾在TE元件1601、1605之間并與其保持良好的熱接觸和電接觸。分流器1602、1603和1604被交替堆疊且電連接以形成分流器堆疊1600。第一工作流體1607和第二工作流體1608經(jīng)過組件1600。當然，對于圖16所示的實施例以及此處描述的堆疊配置，該堆疊可以并可能由堆疊中的多個額外的分流器元件構(gòu)成。描述堆疊組件1600的一小部分僅是為了便于讀者理解。在圖中清楚可見這種堆疊的復制。此外，可以提供其它在工作流體流動的方向上熱隔離的堆疊。166當在通過TE元件1601、分流器1605、1604的一個方向上施加適當?shù)碾娏鲿r，中心分流器1602將被冷卻，而左分流器1604和右分流器1606將被加熱。結(jié)果，經(jīng)過中心分流器1602的第一工作流體1607將被冷卻，而經(jīng)過右分流器1603和左分流器1604的第二工作流體1608將被加熱。堆疊組件1600形成用于調(diào)節(jié)流體的固態(tài)熱泵。重要的是要注意到，堆疊1600可以具有很少或很多分段，并且因此可以在不同的功率水平運行，這取決于施加的電流量和電壓量、部件尺寸和包含在組件中的分段的數(shù)量。這種堆疊的陣列也是優(yōu)選的。在使用這種堆疊1600的陣列的情形下，為提高效率優(yōu)選在流體流動的方向提供熱隔離，如美國專利6,539,725所述。167還應(yīng)當理解，為了提高性能，分流器1602、1603、1604可以利用其它形狀代替，例如但不限于圖14和圖15所示的形狀。168圖17圖示說明了圖16中描述的堆疊組件1600的變體。對于這種配置，TE組件1700由右側(cè)分流器1703和左側(cè)分流器1704構(gòu)成以形成基本圓形的形狀。右側(cè)分流器1703優(yōu)選配置成形成部分圓周，左側(cè)分流器1704與之相同。在一優(yōu)選實施例中，在運行期間變冷的分流器可能比變熱的分流器更大或更小，這取決于裝置的特定目標。應(yīng)當注意到基本圓形的配置不是必要的，可以使用圖17所示的分流器分段的其它配置以產(chǎn)生中心流動部分。例如，右側(cè)分流器可以是半矩形或半方形，而左側(cè)分流器1704可以是半矩形或方形。與此類似，一側(cè)可以是多邊的，而另一側(cè)可以是弓形的。分流器的特定形狀是可以改變的。如圖16所討論的導電類型交替的TE元件1701和1702在堆疊組件1700中被串行電連接。優(yōu)選地，流體1712流入到分流器1703、1704形成的中心區(qū)域內(nèi)。流體1712的第一部分1707在右側(cè)分流器1703之間流過，而工作流體1712的第二部分1706在左側(cè)分流器1704之間流過。電源1708通過配線1712、1713電連接到TE元件，配線1712、1713在連接1710、1711處連接到堆疊。風扇1709可以連接到堆疊的一端(或兩端)。也可以使用泵、鼓風機等。169當向風扇1709供電時，它泵送工作流體1712通過組件1700。當提供具有極性的電流使得右分流器1703被冷卻時，工作流體1712的第一流體部分1707在經(jīng)過這些右分流器時被冷卻。與此類似，工作流體的第二部分1706在經(jīng)過被加熱的左側(cè)分流器1704時被加熱。組件1700形成容量和整體大小可根據(jù)其結(jié)構(gòu)中使用的分流器的數(shù)量進行調(diào)整的簡易的、緊湊的冷卻器/加熱器。很明顯，分流器1703、1704可以是有角的、橢圓形的或者任何其它有利的形狀。而且，分流器可以是圖14中描述的設(shè)計或任何其它有利的配置。170在圖12、14、15、16和17的熱電系統(tǒng)的一個實施例中，多于一個的TE元件可以在圖18所示的陣列的一個或更多部分中使用。在此示例中，TE元件1801、1804被連接到分流器1802、1803的每一側(cè)上的凸起電極表面1804。171并行電連接的多個TE元件1801可提高機械穩(wěn)定性，更好地分配熱能以及向系統(tǒng)添加電冗余。多于兩個TE元件1801可被并行使用。172在某些應(yīng)用中，具有根據(jù)圖12-13與電極部分電隔離的分流器的暴露部分是令人期望的。圖19示出了這種分流器的一個示例。在此實施例中，電絕緣體1905使分流器1900的電極部分1903與分流器1900的換熱部分1904隔離開。TE元件1901、1902優(yōu)選被安裝在電極部分1903上。173在運行過程中，優(yōu)選通過由高電導率和熱導率材料諸如銅制成的電極部分1903在導電類型相反的TE元件1901、1902之間施加電壓。TE元件1901、1902產(chǎn)生的熱能沿著分流器電極1903傳導，通過電絕緣體1905，并且進入分流器1900的換熱部分1904。優(yōu)選地，電絕緣體1905是非常好的熱導體，諸如氧化鋁、導熱環(huán)氧樹脂等。如所示，電絕緣體1905形成的界面形狀是淺"V"形以最小化熱阻抗。也可以使用具有適當?shù)牡徒缑鏌嶙杩沟娜魏纹渌螤钆c材料組合。這種分流器1900構(gòu)成的堆疊可以如之前描述的那樣被使用。174圖20描述的另一分流器分段2000組件的頂視圖示出了電隔離的替代形式。第一TE元件2001連接到分流器分段陣列2000的左分流器2003，而第二TE元件2002連接到分流器分段陣列2000的右分流器2004。電絕緣體2005被置于左側(cè)分流器分段2003和右側(cè)分流器分段2004之間。175圖20中描述的配置提供TE元件2001和2002之間的電隔離，同時保持整個分流器2000的機械完整性。在該配置中，電絕緣體2005不需要提供特別好的導熱性，因為倘若電絕緣體2005—般被置于TE元件2001和2002之間的中心位置，則熱能源、TE元件2001和2002可以在不同程度上冷卻或加熱左分流器分段2003和右分流器分段2004。應(yīng)當注意到盡管描述了兩個TE元件2001和兩個第二TE元件2002，但是可以在每側(cè)上使用更大的TE元件或更大數(shù)量的TE元件。選擇兩個第一TE元件2001和兩個第二TE元件2002僅僅是為了圖示說明具有良好穩(wěn)定性的機械結(jié)構(gòu)。還應(yīng)當注意到根據(jù)電流的預期路徑(route),第一TE元件2001和第二TE元件2002不需要但是可以具有不同的導電類型。176圖21描述了一種在分流器2100內(nèi)實現(xiàn)電隔離的替代方法。具有兩個第一TE元件2101的分流器部分2103被機械連接到具有兩個第二TE元件2102的第二分流器部分2104。電絕緣體2106機械連接分流器部分2103和2104，分流器部分2103和2104還通過間隙2105彼此分離。177在機械連接件2106臨近TE元件2101和2102之間的中心位置以及TE元件2101和2102產(chǎn)生的熱能大約相等的情況下，電絕緣體2106不必是好的導熱體。TE元件2101和2102中的每一個向各自的分流器部分2103和2104提供熱能。電絕緣體2106可以是Kapton背粘膠帶(adhesive-backedKaptontape)、注射成型塑料、熱熔膠或任何其它適當材料。如圖21所示的平面圖，分流器部分2103、2104不會重疊形成搭接接頭(kpjoint)。也可以使用具有環(huán)氧樹脂或其它電絕緣的粘合劑的這種接頭。178圖22的頂視圖中描述的另一分流器分段陣列2200具有在矩形TE陣列2200中的電隔離的分流器分段。第一TE元件2201熱連接到第一分流器部分2202，而第二TE元件2203熱連接到第二分流器部分2204。每個分流器部分與其它分流器部分通過間隙2210、2211電分離。優(yōu)選提供在組件左側(cè)的電絕緣體2208、中間的絕緣體2207和右側(cè)的絕緣體2209。箭頭2212表示工作流體的流動方向。與不具有電隔離的類似陣列相比，這種配置可以在更高的電壓和更低的電流下運行。針對圖20應(yīng)注意，第一TE元件2201和第二TE元件2203不必但是可以是不同的導電類型。這將取決于預期電流流動的方向。然而，TE元件2202、2203的電勢可以不同。179間隙2210起到使第一分流器部分2202彼此有效熱隔離以及第二分流器部分2204彼此有效熱隔離的作用。與此類似，側(cè)面絕緣體2208、2209提供熱隔離和電隔離，同時機械地將分流器連接在一起。中心絕緣體2207沿其長度提供電隔離和熱隔離。因此，陣列2200被構(gòu)造成在箭頭2212的方向產(chǎn)生熱隔離，如美國專利6，539，725所述。與不具有電隔離的類似陣列相比，這種配置可以在更高的電壓和更低的電流下運行。180圖23描述一種冷卻系統(tǒng)2300，其基本上使用圖22所述類型的分流器分段陣列。冷卻系統(tǒng)2300具有利用電絕緣材料2320(諸如膠帶)機械連接的內(nèi)部分流器分段2301、2302。內(nèi)部分流器分段2302利用電絕緣且熱絕緣的材料2321機械連接起來。與此類似，內(nèi)部分段2301利用電絕緣且熱絕緣的材料2307機械連接起來。內(nèi)部分流器分段2301、2302分別在末端(未顯示)通過圖22所述的方式連接到TE元件。TE被夾在內(nèi)部分流器分段2301、2302和各自的外部分流器分段2303、2305之間的堆疊中。中心分流器分段2301分別連接到外部左分流器分段2305，而內(nèi)部分流器分段2302連接到外部右分流器分段2303。優(yōu)選地，外部右分流器分段2303通過電絕緣且熱絕緣的材料2322類似地機械連接在一起，材料2322類似于連接內(nèi)部分流器分段2302的電絕緣材料2321。外部左分流器分段2305類似地機械連接在一起。外殼2311支撐分流器分段的堆疊陣列和TE。終端柱2312和2314電連接到內(nèi)部分段2301。類似地，終端2315和2316連接到內(nèi)部分流器分段2302。優(yōu)選地，熱絕緣且電絕緣的隔離物(spacer)2309、2310被置于每個內(nèi)部分段和外部分段之間。181第一工作流體2317經(jīng)過內(nèi)部區(qū)域，而第二工作流體2318、2319經(jīng)過外部區(qū)域。當在終端2312和2314，2315和2316之間施加適當極性和大小的電壓時，內(nèi)部分流器分段2301、2302被冷卻。同時，外部分流器分段2303、2305被加熱。因此，經(jīng)過內(nèi)部區(qū)域的工作流體2317被冷卻，而經(jīng)過外部分流器分段2303、2305的工作流體2318、2319被加熱。外殼2311和絕緣體2309、2310容納被冷卻的流體2317和被加熱的流體2318、2319并將被冷卻的流體2317與被加熱的流體2318、2319分離。182給系統(tǒng)2300中的每個堆疊提供電壓的電連接可以串行地在高電壓下運行，可以串行/并行地在一半電壓下運行或者并行地在1/4電壓下運行。極性可以被反轉(zhuǎn)以加熱內(nèi)部工作流體2317以及冷卻外部工作流體2318、2319?？梢栽诠ぷ髁黧w2317、2318、2319流動的方向使用多個分段以在甚至更高的電壓下運行，以通過產(chǎn)生的更為有效的熱隔離來實現(xiàn)更好的效率。183通過熱隔離實現(xiàn)性能提高的另一緊湊的設(shè)計使用圖24A和24B所述的組合分流器和熱傳遞分段2400。該設(shè)計與圖14的設(shè)計很相似，但是具有在流體流動的方向基本對齊的TE元件2401、2402。傳導類型相反的TE元件2401、2402被連接到分流器2404的延伸部分2403。優(yōu)選地，換熱器2405、2406(諸如翅片)與分流器2404有良好的熱接觸。當經(jīng)過換熱器翅片2405和2406時，工作流體2409根據(jù)流體流動的方向被加熱或冷卻。184圖24B描述了包括圖24A所示的TE分流器分段2400的堆疊2410的一部分。電流2417在箭頭表示的方向流動。多個第一側(cè)分流器2400和多個第二側(cè)分流器2400a連接到TE元件2411。第一工作流體2418沿堆疊2410的較低部分流過圖24a中第二側(cè)分流器2400a上的換熱器，而工作流體2419優(yōu)選在相反的方向流過第一側(cè)分流器2400的換熱器。185當施加適當電流2417時，流體2419在從一個分段流向下一個分段的過程中會被堆疊2410的上部逐漸冷卻，而流體2418在從一個分流器2400a流向下一個分流器的過程中會被堆疊2410的下部逐漸加扭。"、、o186圖25A描述了替代的TE堆疊配置2500。該TE堆疊實現(xiàn)了與工作流體2513熱隔離的優(yōu)點，工作流體2513流動的方向基本垂直于電流流動方向2512。第一分流器2502被電連接到第一TE元件2501并且與換熱器2503、2504有良好的熱接觸。類似地，第二個第一側(cè)分流器2506與其換熱器2508有良好熱接觸，而第三個第一側(cè)分流器2505與其換熱器2507有良好熱接觸。散布在每個第一側(cè)分流器2502、2506和2505之間的是類型交替的TE元件2501和基本在相反的方向凸出的第二側(cè)分流器2509、2510和2511，如圖12所示。沒有完全描述的第二側(cè)分流器2509、2510和2511基本具有相同的形狀并且與第一側(cè)分流器2502、2506和2505—樣具有相同的空間關(guān)系。工作流體2513在箭頭表示的方向通過堆疊組件。當通過TE元件垂直地施加適當?shù)碾娏鲿r，第一側(cè)分流器2502、2505和2506被加熱，并且第二側(cè)分流器2509、2510和2511被冷卻。隨著工作流體2513首先流過換熱器2507，之后通過換熱器2508，并最終通過換熱器2503，其被逐漸加熱。完整的堆疊組件具有陣列2500的重復部分，這些部分在電流流動方向被組合，使得換熱器2503的頂部被分隔成接近另一陣列部分的下一順序換熱器2504的底部。在工作流體2513流動的方向熱隔離是顯而易見的。187圖25B是圖25A描述的陣列部分2500的平面圖。傳導類型交替的多個TE元件2501的冷卻散布在多個第一側(cè)分流器2502、2506和2505與多個第二側(cè)分流器2511、2509和2510之間，使得第一側(cè)分流器2502、2506和2505與第二側(cè)分流器2511、2509和2510交替。分流器被間隙2534分離且與每個分流器的換熱器有良好的熱接觸。第一工作流體2531沿著上部從右向左流過，而工作流體2532優(yōu)選沿著下部從左向右流過。提供的熱和電絕緣體2533優(yōu)選在每對分流器之間，除電流流過TE和分流器的地方外。188例如，當適當?shù)碾娏髁鬟^陣列2500時，工作流體2531被逐漸加熱，而工作流體2532被逐漸冷卻。絕緣體2533防止不必要的熱損耗，還防止工作流體2531、2532的混合。如所示，陣列2500在反向流動模式下運行，并且使用熱隔離來提高性能。同樣的陣列2500可以與在相同方向以并行流動模式運動的工作流體2531、2532—起運行，并且仍舊具有熱隔離的優(yōu)點以提高性能。在這兩種情形下，TE元件2521的電阻優(yōu)選不完全相同，但是其電阻隨溫度和各TE元件之間的功率差異而變化，如美國專利6,539,735所述。189圖26A描述了另一TE模塊2600，其使用本說明書討論的原理來實現(xiàn)在更高電壓下的運行以及可能的其它優(yōu)點，諸如更高的功率密度、緊湊的大小、強度、更高效率。第一TE元件2601被夾在第一端分流器2603和第二分流器2604之間。具有相反傳導類型的第二TE元件2602被夾在第二分流器2604和第三分流器2605之間。這種形式持續(xù)到最末端分流器2606。電流2607流入最末端分流器2606，通過TE模塊且從第一端分流器2603退出，如箭頭2608和2609所示。間隙2611避免導電且降低相鄰分流器之間的熱傳導。在一個實施例中，第一端分流器2603和最末端分流器2606具有電極表面2612。其它分流器具有導熱的、但與分流器主體電絕緣的分流器表面2614。190在運行過程中，適當?shù)碾娏?608流過TE模塊2600，同時加熱上表面并冷卻下表面(反之亦然)。圖26A中描述的TE模塊2600包括5個TE元件和6個分流器。優(yōu)選地，可以使用任意奇數(shù)個TE元件，這些TE元件被所示的分流器交替分隔開。而且，多于一個的TE38元件(如圖18所示具有相同類型)可以被并行連接在每對分流器之間。為了實現(xiàn)交替的功能性，可使用偶數(shù)個TE，從而使電能限定到一個表面的電隔離部分。191圖26B示出了TE模塊2600的陣列2620。圖26B示出了彼此頂部堆疊的兩個TE模塊2600，類型如圖26A所示，以及夾在第一側(cè)分流器2604之間的中心熱傳遞構(gòu)件2635。外部的熱傳遞構(gòu)件2632和2636熱耦合到第二側(cè)分流器2605。分流器和熱傳遞構(gòu)件還可以是任何其它適當類型，例如圖14和15中介紹的類型。第一TE模塊的第一端分流器2603電連接到外部的熱傳遞構(gòu)件2632。與此類似，第一或上部TE模塊的另一端分流器2006被電連接到中心熱傳遞構(gòu)件2635。與此類似，第二TE模塊的第二端分流器2606a被電耦合到中心熱傳遞構(gòu)件2635，而第二TE模塊的第一端分流器2603a被電耦合到圖26B的底部上的外部熱傳遞構(gòu)件2636。除了端分流器2603、2606、2606a和2603a，其它分流器2604、2605具有導熱的電絕緣體2612。此外，如圖26A中的布局，分流器具有間隙2611以使它們彼此電隔離。電流流動由箭頭2628、2629、2630、2631和2637表示。如所示，TE元件2601、2602的傳導類型交替。192當適當?shù)碾娏髁鬟^陣列2620時，第二側(cè)分流器2605和外部熱傳遞構(gòu)件2632和2636被加熱。第一側(cè)分流器2604和中心熱傳遞構(gòu)件2635被冷卻。電流反轉(zhuǎn)時出現(xiàn)相反的情況。工作電流和相應(yīng)電壓可以通過調(diào)節(jié)TE元件2601、2602的尺寸和數(shù)量進行調(diào)節(jié)。與此類似，可以調(diào)節(jié)功率密度。應(yīng)當注意可以使用更大數(shù)量的分流器和TE元件，這將加寬圖26B所示的配置。此外，更多的TE模塊2600可以在垂直的方向上堆疊。此外，可以提供從圖26B的平面向內(nèi)或向外的堆疊陣列或者可以使用上述堆疊陣列的任意組合。在適當?shù)年嚵兄?，可以根?jù)美國專利6,539,725的說明使用在熱傳遞方向或工作流體流動方向的熱隔離原理。193圖27圖示了TE模塊2700的可替代的實例，其類型類似于圖26A中的TE模塊2600。端分流器2705、2704被電連接到電源2720和地(ground)2709。TE元件2701、2702被電連接到串聯(lián)的分流器2703、2704、2705、2706之間。在此實施例中，由絕緣體2711將所有39分流器2703、2704、2705、2706與第一熱傳遞構(gòu)件2707和第二熱傳遞構(gòu)件2708電隔離開。分流器與熱傳遞構(gòu)件2707、2708有良好的熱接觸。第一側(cè)熱傳遞構(gòu)件2708在箭頭2712表示的方向運動。優(yōu)選地，第二側(cè)熱傳遞構(gòu)件2707在相反的方向運動，如箭頭2710所示。194當向TE模塊2700施加適當電流時，第二側(cè)熱傳遞構(gòu)件2707被冷卻且第一側(cè)熱傳遞構(gòu)件2708被加熱。其運行類似于與圖7A、7B、7C和7D所述的相關(guān)運行。應(yīng)當注意到第一熱傳遞構(gòu)件2707和第二熱傳遞構(gòu)件2708的形狀不必是可能從圖27中推斷出來的矩形，而可以是圓盤形的或者任何其它適當?shù)男螤睿T如圖7A討論的形狀。通過有效的設(shè)計，TE模塊2700還可以實現(xiàn)與熱隔離相關(guān)的性能優(yōu)勢，如美國專利6,539,725所討論的。195在可替代的實施例中，熱傳遞組件2707和2708不運動。在此配置中，TE模塊2700類似于圖1所述的標準模塊，但是可以以高功率密度運行并且利用相對薄的TE元件2701、2702。優(yōu)選地，TE模塊2700對TE元件2701、2702產(chǎn)生低的切應(yīng)力，該切應(yīng)力例如是由第一側(cè)和第二側(cè)分流器間的熱膨脹差異產(chǎn)生的。由于切應(yīng)力是由TE元件2701、2702兩端的溫度差別在TE模塊2700內(nèi)產(chǎn)生的，并且與寬度尺寸成比例，所以該切應(yīng)力比標準TE模塊中與整個模塊寬度成比例的切應(yīng)力小得多。這種差異可以從圖12與圖1中描述的標準模塊之間的比較看出來。具有兩個以上與圖12所示的配置尺寸相同的TE元件的標準模塊將表現(xiàn)出不利的高切應(yīng)力，尺寸如圖12的配置中的尺寸。這種切應(yīng)力限制熱循環(huán)穩(wěn)定性和模塊大小。196圖27還提供了一個好的圖示，以描述此說明書描述的實施例可以如何用于發(fā)電。在這樣的配置中，終端2709、2720連接到負載而不是電源，以便向負載提供電能。熱傳遞構(gòu)件2708、2707以溫度梯度的方式提供熱能。第一熱傳遞構(gòu)件2708和第二熱傳遞構(gòu)件2707之間的溫度梯度導致熱電系統(tǒng)2700在終端2709、2720產(chǎn)生電流，這兩個終端可以進一步連接到負載或電能存儲系統(tǒng)。因此，系統(tǒng)2700可以作為發(fā)電機。說明書中描述的其它配置也可以以類似的方式被耦合以通過施加溫度梯度和產(chǎn)生電流來提供發(fā)電系統(tǒng)。197TE熱傳遞系統(tǒng)2800在圖28中描述，該系統(tǒng)使用氣態(tài)工體2810和液態(tài)工作流體2806。在此實施例中，第一側(cè)分流換熱器2803采用圖24A和圖24B中描述的結(jié)構(gòu)。分流換熱器2803通過氣態(tài)工作介質(zhì)2810傳遞熱能。在此實施例中，第二側(cè)分流換熱器2804、2805通過液態(tài)工作介質(zhì)2806傳遞熱能。傳導類型相反的多個TE元件2801夾在第二側(cè)分流器2804、2805和分流換熱器2803之間。類似地，第二側(cè)分流換熱器2804、2805夾在傳導類型交替的TE元件2801之間。電流2812、2813經(jīng)過系統(tǒng)2800，如箭頭2812、2813所示。在此實施例中，管2814、2815使液態(tài)工作介質(zhì)2806從一個分流換熱器2804、2805流到下一個分流換熱器。198TE熱傳遞系統(tǒng)2800的運行類似于圖24B描述的系統(tǒng)的運行，其中一種工作流體2810是氣態(tài)的，而其它工作流體2806是液態(tài)的。系統(tǒng)2800中的設(shè)計也實現(xiàn)了美國專利6,539,725所述的熱隔離優(yōu)勢。199圖29描述了分流換熱器2900的細節(jié)。該組件優(yōu)選具有容器2901、電極2902和熱傳遞翅片2905和2906，容器2901由很好的導熱材料構(gòu)成，電極2902由很好的導電材料構(gòu)成，熱傳遞翅片2905和2906與容器2901的頂表面和底表面有良好的熱接觸。在一個實施例中，容器2901和電極2902由單一的材料構(gòu)成，并且在結(jié)構(gòu)上可以是一個整體。優(yōu)選地，容器2901的底表面與電極2902之間的界面2904具有很低的熱阻抗。流體2909通過分流換熱器2900。200在運行過程中，TE元件(未顯示)被電連接到電極2902的頂部部分和底部部分。當施加適當電流穿過TE和電極2902時，容器2901和翅片2905、2卯6被加熱或冷卻。穿過分流換熱器2900的工作流體2909由換熱器2900加熱或冷卻。優(yōu)選地，分流換熱器2900具有足夠好的導電性，從而不會明顯導致寄生損耗?？梢酝ㄟ^最小化經(jīng)過電極2902的電流路徑長度、最大化穿過電流路徑的導電性以及增大電極2902的橫截面積而使這種損耗變小。201容器2901的頂表面和底表面、翅片2905和2906在電流流動的方向提供充足的導電性，因此可以減小固體電極體2902的橫截面積或者將其完全除去，如圖4B的實施例中所示。202圖30描述了熱沉和流體系統(tǒng)3000。傳導類型交替的TE元件3001被散布在流體換熱器3004與分流器3002和3005之間，每個流體換熱器具有分流部分3003。電流3006、3007流過分流部分3003、分流器3002和3005以及TE元件3001。工作流體3009的流動如箭頭所示。熱沉3010、3011與分流器3002、3005有良好的熱接觸但是電絕緣。在具有金屬或其它導電的熱沉3010、3011的實施例中，優(yōu)選具有良好的導熱性的電絕緣體3008、3012將電流流動3001、3007限定到所示的電路。203當施加適當電流3006、3007時，將熱能從工作流體3009傳遞給熱沉3010、3011。分流熱傳遞構(gòu)件3004彼此熱隔離，使得此實施例利用熱隔離實現(xiàn)了性能增益。204圖31A描述了替代的分流換熱器實施例3100。分流部分3101具有電極3102和熱傳遞延伸部分3108，電極3102用于連接到TE元件(未顯示)，延伸部分3108與換熱器3103(諸如翅片)有良好的熱接觸。流體3107流過換熱器3103。205分流換熱器3100優(yōu)選具有基本位于熱傳遞延伸部分3108之間的中心位置的電極3102。在此實施例中，熱能可以在兩個方向流進以及流出TE組件，因此，與圖24A描述的實施例相比，可以將針對每個TE元件的熱傳遞能力大約增加一倍。分流器側(cè)可能具有增強的熱傳遞特性，諸如通過加入熱管、對流熱流動或利用提高熱傳遞的任何其它方法來實現(xiàn)。206圖31B描述了具有分流器3111、電極3112和流入流體端3113、3114以及流出流體端3115、3116的熱傳遞分流組件3110。熱傳遞分流組件3110可能具有針對每個TE元件的提高的熱傳遞能力，并且相對于圖29中描述的系統(tǒng)具有更強的流體傳送能力。207圖31C描述了具有分流構(gòu)件3121、電極3122和換熱表面3123、3124的分流組件3120。分流組件3120針對每個TE組件的熱傳遞能力可接近圖26A和圖26B中描述的實施例的兩倍。但是，與圖26A和圖26B描述的使用相比，分流組件3120構(gòu)成的堆疊彼此將以接近直角的角度交替，且彼此相對的表面3123、3124將例如均被加熱，并且堆疊中與被加熱的那對表面幾乎成直角的下一對表面將被冷卻。可替代地，表面3123、3124可以成其它角度，諸如120°，并且可以通過圖26所述的分流器2604分散開。多側(cè)分流器的任意組合都是本發(fā)明的部分。208應(yīng)當注意到熱電材料的減少是很顯著的。例如，本文討論的熱電元件在一個通用實施例中可能足夠薄達到5微米至1.2毫米。對于諸如可利用圖31A-C、圖26A-B以及圖27中的實施例實現(xiàn)的超晶格和異質(zhì)結(jié)構(gòu)的配置，熱電元件的厚度可能在20微米至300微米之間，更為優(yōu)選地是從20微米到200微米，甚至從20微米到100微米。在另一實施例中，熱電元件的厚度在100微米至600微米之間。熱電元件的這些厚度明顯比傳統(tǒng)熱電系統(tǒng)的厚度更薄。209應(yīng)當注意到描述的這些配置不要求TE元件必須裝配到陣列或模塊中。對于一些應(yīng)用，TE元件優(yōu)選直接連接到熱傳遞構(gòu)件，從而降低系統(tǒng)復雜性和成本。還應(yīng)當注意到以上描述的特征可以在不偏離本發(fā)明的情況下以任何有利的方式被組合。此外，應(yīng)當注意到盡管各個圖形中所示的TE元件看起來具有類似的尺寸，但是陣列或堆疊中TE元件的尺寸可以變化，端類型TE元件可以具有與P型TE元件不同的大小和形狀，在設(shè)計上一些TE元件可以是異質(zhì)(hetero)結(jié)構(gòu)，而其它TE元件的設(shè)計可以是非異質(zhì)結(jié)構(gòu)。210一般而言，這些圖形中描述的系統(tǒng)在冷卻/加熱和發(fā)電模式中運行。優(yōu)選地，可以進行細節(jié)變化來最優(yōu)化冷卻、加熱或發(fā)電的性能。例如，期望大的溫度差異(200°F到2000°F)以實現(xiàn)高效率發(fā)電，這是本領(lǐng)域眾所周知的，而小的溫度差異(1(TF到60。F)是冷卻和加熱系統(tǒng)的特性。大的溫度差異要求不同的結(jié)構(gòu)材料和具有不同設(shè)計尺寸和材料的可能的TE模塊和元件。然而，對于不同模式的運行，基本概念仍然是相同的。圖5、8和9描述的設(shè)計對于發(fā)電是優(yōu)選地，因為它們提供制作簡易、結(jié)實(mgged)、低成本的設(shè)計的潛力。但是，以上提到的所有設(shè)計對于具體的發(fā)電應(yīng)用都可能使有用的，因此不能排除在外。高容量熱電溫度控制系統(tǒng)211熱電冷卻、加熱和溫度控制裝置具有重要特征，這些重要特征對它們用于若干增長的市場行業(yè)具有很大的好處。例如，電子快滑步(chasse)的增長的冷卻容量需要使用具有形狀因子的小冷卻系統(tǒng)，但通過兩相壓縮器系統(tǒng)不易實現(xiàn)該小冷卻系統(tǒng)的形狀因子。與此類似，局部冷卻和加熱系統(tǒng)、靜室加熱泵和其它應(yīng)用可以通過將基于兩相壓縮器的技術(shù)轉(zhuǎn)化為安靜的、無振動的固態(tài)方案而受益。但是，雖然在有限的適用(niche)應(yīng)用方面有所成功，但調(diào)整該技術(shù)是緩慢的，部分原因是因為這種固態(tài)系統(tǒng)的三個缺陷TE裝置的效率通常大約是基于兩相壓縮器的冷卻系統(tǒng)的1/4，導致4倍的運行成本和較大的阻熱組件；設(shè)計的最初成本至少是競爭系統(tǒng)的成本的兩倍；以及能夠最優(yōu)化TE系統(tǒng)設(shè)計的成本、效率、大小和其它重要參數(shù)的仿真工具還不可用。212本文描述的某些實施例優(yōu)選最優(yōu)化可替代的熱力學循環(huán)，其幾乎能夠使重要應(yīng)用中的效率加倍。某些應(yīng)用中效率的提高與工作流體的運動有關(guān)，諸如在HVAC和溫度控制系統(tǒng)中所發(fā)現(xiàn)的。結(jié)果已經(jīng)在基于氣體和液體的裝置中通過實驗進行了驗證。此外，在本文描述的某些實施例中，在目前熱電材料構(gòu)成和熱傳遞技術(shù)的限制條件下，高功率密度熱電設(shè)計將熱電材料的使用降低到實際最小值。在本文描述的某些實施例中已經(jīng)通過改善的熱傳遞技術(shù)和準確的建模軟件實現(xiàn)了材料使用的降低。本文描述的某些實施例使用這些技術(shù)進步并實現(xiàn)了材料的顯著降低。本文描述的某些實施例已經(jīng)使用可有效最優(yōu)化復雜性設(shè)計的并發(fā)多維最優(yōu)算法進行準確且全面地建模。該模型允許將輸入變量設(shè)計限制在適于簡單制造和其它目的的范圍內(nèi)。而且，可以通過對體積、壓降、流速和其它參數(shù)的限定而使設(shè)計輸出受到限制。213這些進步已經(jīng)用于設(shè)計、構(gòu)造以及測試本文描述的某些實施例，包括但不限于基于熱電的固態(tài)冷卻、加熱和具有80瓦和3500瓦的熱電輸出的溫度控制系統(tǒng)。本文描述的某些其它實施例提供具有其它范圍的熱能輸出的熱電系統(tǒng)。214本文描述的某些實施例包括基于液體的加熱、冷卻和溫度控制系統(tǒng)。本文描述的某些實施例包括一個或多個以下具體的技術(shù)設(shè)計目標運行效率比傳統(tǒng)熱電技術(shù)的運行功率至少高50%;熱電材料使用比具有相同熱輸出的商用熱電模塊少25%;易于制造并且具有低成本、緊湊和重量最小的前景；44包含電冗余；"在冷卻模式下的額定熱泵送能力為3500瓦；和可在50瓦和5000瓦熱容量之間放大到更大尺寸或縮小到更小尺寸。215圖32示意性地圖示了根據(jù)本文描述的某些實施例的示例性熱傳遞裝置3200的局部剖視圖，圖33是與本文描述的某些實施例兼容的示例性熱電系統(tǒng)部件3300的視圖。該熱電系統(tǒng)包括多個熱電模塊(圖33中不可見)和多個熱傳遞裝置3200。每個熱傳遞裝置3200包括一外殼3210和在外殼3210內(nèi)的一個或更多個換熱器元件3220。每個熱傳遞裝置3200接受工作流體流過該裝置。至少一些熱傳遞裝置3200與多個熱電模塊中的至少兩個熱電模塊進行熱通信并且夾在其中間以形成交替的熱電模塊和熱傳遞裝置的堆疊3200。該堆疊被布置成在工作介質(zhì)運動的方向提供熱隔離。在某些實施例中，壓縮性地(compressively)加載部件3300以確保機械穩(wěn)定性。216在某些實施例中，外殼3210包括銅，而一個或更多個換熱器元件3220包括銅翅片。某些實施例的外殼3210包括組裝到一起以形成外殼3210的多個部分(例如，兩個拉開的銅殼)。在某些其它實施例中，外殼3210在結(jié)構(gòu)上與彎曲、折疊和/或去除的材料是一個整體，用于限定工作流體可流過的體積。217在某些實施例中，換熱器元件3220包括多個銅翅片。在某些實施例中，熱傳遞裝置3200的換熱器元件3220在結(jié)構(gòu)上與彎曲、折疊和/或去除的材料是一個整體，用于形成工作流體可流過的部分，從而在換熱器元件3220和工作流體之間傳遞熱量。例如，換熱器元件3220可包括位于外殼3210的銅殼內(nèi)的折疊銅翅片。在某些實施例中，換熱器元件3220包括兩個或更多個翅片組件，如圖32的示意性圖示。在某些實施例中，外殼3210和一個或更多個換熱器元件3220在結(jié)構(gòu)上與彎曲、折疊和/或去除的材料是一個整體，用于形成熱傳遞裝置3200。218在某些實施例中，外殼3210包括第一表面3212和基本平行于第一表面3212的第二表面3214。當組裝到熱電系統(tǒng)中時，第一表面3212與多個熱電模塊的至少第一熱電模塊進行熱通信和電通信。而且，當組裝到熱電系統(tǒng)時，第二表面3214與多個熱電模塊的至少第二熱電模塊進行熱通信和電通信。該第二熱電模塊還與至少一個第二熱電模塊進行熱通信和電通信。219例如，在某些實施例中，交替的N型和P型熱電元件被分別直接焊接或銅焊到熱傳遞裝置3200的第一表面3212和第二表面3214。交替的N型和P型熱電元件還直接焊接或銅焊到熱電系統(tǒng)的鄰近熱傳遞裝置3200。某些這種實施例優(yōu)選提供一設(shè)計特征，該設(shè)計特征消除了包括基底和其它電路組件的傳統(tǒng)熱電模塊組件。220在某些實施例中，每個熱傳遞裝置3200包括工作流體進入熱傳遞裝置3200的入口3230和工作流體退出熱傳遞裝置3200的出口3240。某些實施例中的工作流體沿基本垂直于第一表面3212的方向流過入口3230，并且沿基本垂直于第二表面3214的方向流過出口3240。如圖33的示例性部件3300所示，在某些實施例中，熱傳遞裝置3200的出口3240流動耦合(例如，通過流體輸送管或管道3250耦合)到另一熱傳遞裝置3200的入口3230。在某些實施例中，這兩個熱傳遞裝置3200通過流體管道3250彼此流動耦合，并通過熱電模塊、另一熱傳遞裝置3200和另一熱電模塊分隔開，以便工作流體以反向流動的方式運動，其中每種流體流過每個第二熱傳遞裝置3200。221圖34示意性地圖示了與本文描述的某些實施例兼容的示例性熱電系統(tǒng)的換熱器部件3300(例如，堆疊)的工作流體路徑以及電連接。在圖34中，電流沿著換熱器部件(例如，堆疊)3300的長度方向流動。在某些實施例中，部件3300通過包含穿過并行熱電元件的電路實現(xiàn)一定程度的電冗余。圖34所示的一系列并行冗余可以有利地增加熱電系統(tǒng)的裝置強度、穩(wěn)定性和可靠性。222某些實施例的熱電系統(tǒng)包括第一組多個熱電元件3410、第二組多個熱電元件3420和多個熱傳遞裝置3200。每個熱傳遞裝置3200具有與第一組多個熱電元件3410的兩個或更多個熱電元件3410熱通信的第一側(cè)3432和與第二組多個熱電元件3420的一個或更多個熱電元件3420熱通信的第二側(cè)3434，以形成熱電元件和熱傳遞裝置的堆疊。第一組多個熱電元件3410的兩個或更多個熱電元件3410彼此之間并行地電通信。第一組多個熱電元件3410的兩個或更多個熱電元件3410與第二組多個熱電元件3420的一個或更多個熱電元件3420串行地電通信。在某些實施例中，第二組多個熱電元件3420的一個或更多個熱電元件3420包括彼此之間并行地電通信的兩個或更多個熱電元件3420。223在某些實施例中，第一組多個熱電元件3410的熱電元件3410是P型的，而在某些這種實施例中，第二組多個熱電元件3420的熱電元件3420是N型的。某些實施例中的每個熱傳遞裝置3200使第一組多個熱電元件3410的兩個或更多個熱電元件3410與第二組多個熱電元件3420的兩個或更多個熱電元件3420熱隔離。在某些實施例中，布置該堆疊以在工作介質(zhì)運動的方向提供熱隔離。224在某些實施例中，每個熱傳遞裝置3200接受工作流體以在熱傳遞裝置3200的總體方向上流過該裝置。多個熱傳遞裝置的兩個或更多個熱傳遞裝置3200的總體方向彼此基本平行。例如，圖34中熱傳遞裝置3200的箭頭示出了熱傳遞裝置3200中流體流動的總體方向。在某些實施例中，多個熱傳遞裝置3200的至少兩個熱傳遞裝置3200的總體方向基本彼此相反。225正如以上關(guān)于圖33的描述，熱傳遞裝置3430的出口3240流動耦合到另一熱傳遞裝置3430的入口3230。例如，如圖34中的示意性表示，第一工作流體3440通過流過第一組熱傳遞裝置3200被冷卻，第二流體3450通過流過第二組熱傳遞裝置3200被加熱。第一工作流體3440基本沿著堆疊在第一方向流動，而第二工作流體3450基本沿著堆疊在第二方向流動。第一方向和第二方向基本彼此平行。在某些實施例中，第一方向和第二方向基本彼此相反。在圖34的示例性配置中，工作流體以反向流動的方式運動，其中每種流體流過每個第二熱傳遞裝置3200。某些實施例的熱電元件3410、3420在電流流動的方向是交替的P型和N型，以便交替的熱傳遞裝置3200是熱源和熱沉。由此被冷卻的工作流體3440經(jīng)過熱傳遞裝置3200時被逐步冷卻，被加熱的工作流體3450經(jīng)過熱傳遞裝置3200時被逐步加熱。226在某些實施例中，工作流體3440、3450可以沿相反的方向流動，如圖34的示意性表示。在某些其它實施例中，工作流體3440、3450可以沿相同的方向流動并且可以實現(xiàn)與標準熱力學循環(huán)的運行類似的性能改善。在某些條件下，諸如在很小的溫度差異下，效率會稍微高于通過反向流動實現(xiàn)的效率。在某些實施例中，這種幾何形狀滿足了47熱隔離的基本條件而不添加額外的組件，并且在實踐中可減少用于實現(xiàn)預期的性能特性的組件的總數(shù)。227模擬圖32示意性圖示的熱傳遞裝置3200的詳細仿真被用于評估設(shè)計折中和基礎(chǔ)裝置性能。在模擬過程中用于限定最終裝置參數(shù)的參數(shù)包括*熱電元件的面積、厚度和數(shù)量；在流動方向熱隔離分段的數(shù)量；熱傳遞裝置的殼厚度、長度、寬度和構(gòu)成材料；熱傳遞裝置的翅片厚度、長度、寬度、間距和構(gòu)成材料；并行熱電分段的數(shù)量；熱傳遞裝置的銅焊接頭的厚度和材料特性；焊接層的厚度和材料特性；以及熱電電極的電界面特性和熱界面特性。以上列出的前四個參數(shù)(除構(gòu)成材料)被同時最優(yōu)化以產(chǎn)生下文描述的設(shè)計參數(shù)。對材料厚度和間隔參數(shù)進行了限制以確保可制造性。由于液體流速和溫度變化是固定的，因此在最優(yōu)化期間施加了限制以最優(yōu)化性能系數(shù)(COP)。仿真的輸出包括運行電流和電壓、液體壓降、熱電元件的數(shù)量、熱電材料的體積、裝置重量和體積(不包括歧管、電力和機械界面組件、外部絕緣體和安裝支架)。228圖33所示的示例性電路實驗板(breadboard)部件3300根據(jù)最優(yōu)設(shè)計的仿真輸出來構(gòu)造。示例性部件3300的尺寸是87毫米X39毫米X15毫米。夾在兩個熱傳遞裝置3200之間的每個熱電部分具有四個熱電元件，每個元件的橫截面積是4毫米X3毫米，且在電流流動方向上的厚度是0.6毫米。這四個熱電元件在相鄰熱傳遞裝置3200之間彼此并行電連接。為了進行性能驗證測試，使用水作為工作流體。均勻的熱傳遞特性和熱容量特性使得可重復測量流速以及入口和出口溫度。與環(huán)境和具有實驗誤差的其它源的熱交換被處理并最小化。針對裝置的功率輸入Qin利用兩種獨立的計算方法來計算性能，從而分析測試結(jié)果的準確性方法l:Qin=Qheated-Qcooled，禾口方法2:Qin=IV，其中加熱側(cè)熱通量Qheated=FmheatedXCpXDTheated，而冷卻側(cè)熱通量Qcooled=FmcooledXCpXDTcooled。流速是Pmheated和Fmc。。!ed，而入口和出口之間對應(yīng)的溫度變化是DThwed和DTe。。led。流過部件3300的電流是I，而部件3300兩端的電壓是V。將由兩種方法計算的結(jié)果Qin進行對比。229研發(fā)測試方法是為了使得通過兩種方法測量的測試值在彼此的至少5%內(nèi)。部件3300安裝在圖35所示的測試夾具中。部件3300被安裝在兩個電極之間，將兩個電極的溫度維持在入口水溫度。通過利用液態(tài)金屬(GalnSn)外部電界面來仿真示例性完備系統(tǒng)的焊料(PbSn)電連接，從而使界面的電熱損耗最小化。230圖36示出了對部件3300進行測試的測量性能結(jié)果與仿真模型結(jié)果之間的對比。這些結(jié)果示出了在運行參數(shù)的寬范圍內(nèi)的良好相關(guān)性。當運行條件處于峰值COP并且達到峰值COP右側(cè)(較高電流)時，對于測試的所有溫度差異來說，模型結(jié)果的準確性在4%內(nèi)。峰值COP左側(cè)的測試點沒有包括在準確性分析內(nèi)。這種運行條件通常不是令人感興趣的，因為它們表示的運行條件相對于在峰值右側(cè)處于相同COP的運行條件使用了體積較大且成本較高的裝置。此外，與這種運行機制相關(guān)聯(lián)的很大傾斜會引起測試誤差和運行的不穩(wěn)定。231參數(shù)epsikm是電流I和Imax的比，Uax是針對最大冷卻功率計算的電流。對于測試的熱電部件3300，1^=440安培。部件3300在輸入電流為30安培至150安培時被測試。加熱側(cè)到冷卻側(cè)的出口溫度差異的變化范圍是15。C到55°C。輸入到部件3300的輸入電能從4.89瓦變化到87.49瓦。232圖37表示A7^10。C和A7^5'C(圖36中最高的曲線)時部件3300的CPO與基于傳統(tǒng)熱電模塊而無熱隔離的設(shè)計的性能的對比。與圖33中COP為4.30的配置相比，該傳統(tǒng)設(shè)計的COP為2.25，導致大約91%的提高。百分比提高在更高溫差下增加，并且在更低溫差下稍微降低。233基于標準TE模塊系統(tǒng)和堆疊設(shè)計的計算結(jié)果，標準熱電模塊結(jié)構(gòu)與根據(jù)本文描述的某些實施例的示例性部件3300的大小、重量、體積和功率的對比在表1中示出。如表1所示，與標準熱電模塊設(shè)計相比，除了大約91。/。的COP(效率)提高外，部件3300表現(xiàn)出體積、重量以及成本的降低。熱電部件體積和重量分別降低約15%和70%;熱電材料使用以及因此帶來的材料成本大約是四分之一，具體的功率增長到約3.3倍。表1:<table>tableseeoriginaldocumentpage50</column></row><table>234基于這一設(shè)計驗證水平，完成了全尺寸裝置的設(shè)計，并且圖38示出了該裝置，其中前蓋和絕緣體被去除。在此裝置中，熱電元件更改成每層三個元件，每個元件的橫截面面積為12毫米X3毫米，厚度為0.6毫米，從而提高了每個熱電層的面積。這樣做是為了通過優(yōu)選在每個階段利用較多的熱電面積來滿足溫度差異較低的特定應(yīng)用的需求。如圖36和圖37的結(jié)果的對比所示，在繪制的(plotted)具體運行條件下，該裝置預計具有的效率稍微高于熱電部件3300。該裝置被構(gòu)造成9X3的陣列，并具有1.5毫米的半剛性絕緣體，其位于兩個熱電部件之間，以便使核心熱電組件是緊湊的。輔助部分通過填充了絕緣體的間隙間隔開，以允許熱電偶和其它監(jiān)控裝置的接入。輔助部分包括流體歧管、部件間的電連接以及均勻壓縮這些部件的彈簧。沒有嘗試最小化輔助部分的重量或體積。235圖38的裝置具有以下額定設(shè)計特性電流86安培；電壓8.7伏；熱冷卻功率3500瓦；液體流速0.16公升/秒；熱電材料重量306克；裝置體積1.59公升；以及裝置凈重4.33千克。熱電部件(例如，參見圖33)被并行連接是為了流體的流動，而熱電部件被串行連接是為了電流的流動。引導流體流動的歧管還用作頂部結(jié)構(gòu)構(gòu)件和底部結(jié)構(gòu)構(gòu)件。歧管還容納電連接。236使用水作為工作流體對裝置進行測試，并且經(jīng)計量的水量流過裝置的冷卻側(cè)和廢水(加熱)偵U。電流、電壓、流速以及入口和出口溫度被監(jiān)控。圖39示出了測量的實驗結(jié)果和計算的模型結(jié)果之間的對比。基于利用設(shè)計模擬工具進行的仿真，實驗結(jié)果與預計的結(jié)果具有良好的一致性。237對圖38中整個裝置的測試示出了與示例性熱電部件3300可比較的精確度，但是由于使用的測試設(shè)備的電源和工作流體流速容量的原因，測試局限于較少的運行條件。在測試條件的范圍內(nèi)，結(jié)果確實驗證了模型的性能預測。而且，由于整個裝置和每個熱電部件的性能與部件的相同的預計結(jié)果一致，所以系統(tǒng)級損耗顯得足夠小，從而不會導致預計的系統(tǒng)級性能無效。因此，整個裝置的結(jié)果遵循預計的熱電部件的性能。238設(shè)計和模型結(jié)果示出了在組合的冷卻側(cè)和加熱側(cè)溫度變化(高達3(TC)的條件下，符合本文描述的某些實施例的具有液態(tài)工作流體的熱電冷卻器可以具有高的COP。在此范圍內(nèi)，并且對于熱功率水平在50瓦和3500瓦之間時，這種系統(tǒng)對于基于液體的冷卻應(yīng)用來說是可行的候選。由于多個同樣的部件用于證實在3500瓦的運行，因此對于至少5000瓦熱容量的裝置，可以期待將觀測到很類似的結(jié)果。而且，對于加熱模式下的運行，將獲得類似的性能和模型精確度。因此，冷卻、加熱和溫度控制應(yīng)用將成為本文描述的某些實施例的TE技術(shù)的目51標。在流動方向利用熱隔離的應(yīng)用239在本文描述的某些實施例中，至少一部分單一工作流體利用流動方向的熱隔離在熱電系統(tǒng)的加熱側(cè)和冷卻側(cè)循環(huán)。在冷卻側(cè)上第一次流過的過程中，工作流體被冷卻，而在加熱側(cè)上反向流過的過程中，工作流體被重新加熱到其原始溫度以上。在傳統(tǒng)的熱電裝置中，基底的導熱性以及其上安裝熱電電路的熱傳遞構(gòu)件的導熱性趨于使裝置的整個表面溫度相當一致。本文描述的某些實施例將流動方向的導熱性最小化，然后通過在熱傳遞流體流過第一側(cè)時將其冷卻，并通過使其在另一側(cè)上反向流過時再次對其加熱的方式，使熱電裝置的任何部件之間的溫度差異有利地變小，同時導致COP、AT或兩者的顯著改善。240圖4A示意性地圖示了符合本文描述的某些實施例的示例性熱電系統(tǒng)400。在某些實施例中，熱電系統(tǒng)400包括多個熱電模塊402和多個熱傳遞裝置403。每個熱傳遞裝置403接受工作流體從其中流過。至少一些熱傳遞裝置403與多個熱電模塊402的至少兩個熱傳遞模塊402熱通信并夾在其中間，以形成由交替的熱電模塊402和熱傳遞裝置403構(gòu)成的堆疊。該堆疊被布置成沿著工作介質(zhì)運動的方向提供熱隔離。第一工作流體通過流過第一組熱傳遞裝置403被冷卻，而第二工作流體通過流過第二組熱傳遞裝置403被加熱。圖33示出了符合本文描述的某些實施例的示例性部件3300。241圖40示意性地圖示了當工作流體環(huán)行熱電系統(tǒng)時，三個熱電系統(tǒng)的溫度輪廓。在某些實施例中，在流過第一組熱傳遞裝置后，第二工作流體包括第一工作流體。在某些具有冷卻負載的這種實施例中，由于QL的原因第一工作流體在冷端接收來自負載的溫度增長。之后，第一工作流體作為第二工作流體被反饋到加熱側(cè)中，并且由于輸入功率、IV、負載功率Qi^的共同作用以從入口溫度升高的溫度退出。242在某些實施例中，第一工作流體反饋到加熱側(cè)時的溫度取決于熱負載的相對大小和泵送熱量的裝置的最冷階段的能力。圖40中的三個輪廓示出了(i)小熱負載或沒有熱負載、(ii)適中熱負載、和(iii)大熱負載三種可能的范圍。第一工作流體以入口溫度Tw被引入到冷卻側(cè)，并且當其沿著冷卻側(cè)流到施加熱負載的末端部分時被逐漸冷卻。第一工作流體被熱負載加熱并且作為第二工作流體引入到加熱側(cè)，并且當沿著加熱側(cè)流到出口時進一步被逐漸加熱。第二工作流體的出口溫度T0UT比第一工作流體的入口溫度T^更高。243液體-液體熱電裝置的計算機模型用于比較傳統(tǒng)熱電裝置的性能和根據(jù)本文描述的某些實施例、利用熱隔離及兩側(cè)上的同一工作流體的裝置的性能。圖41示出了測量的溫度增長(ATaouT-T!N)與根據(jù)模型計算的溫度增長緊密相關(guān)。244圖42示出了用于在各種條件下驗證模型的示例性熱電系統(tǒng)4200。熱電系統(tǒng)4200包括與熱電系統(tǒng)4200的冷卻側(cè)保持流體通信的入口4210、連接到冷卻端4230以便提供熱負載的加熱器4220、與熱電系統(tǒng)4200的加熱側(cè)保持流體通信的出口4240以及向熱電系統(tǒng)4200的熱電元件施加電流的一對電極4250。絕緣泡沫體用于使熱電系統(tǒng)4200與外界絕緣。245圖43通過繪制在不同數(shù)量的熱隔離階段下可獲得的最大ATc顯示了熱隔離對最大ATc的影響。圖44示出了熱隔離對最大功率的影響。為了進行對比，參數(shù)N用作熱電系統(tǒng)中存在的熱隔離階段的數(shù)量。沒有熱隔離的傳統(tǒng)熱電系統(tǒng)用N=l表示。246可通過額外使流動的重新定向復雜化來提高ATc和負載功率。在某些實施例中，在流過第一組熱傳遞裝置的一個或更多個部分后，第二工作流體包括第一工作流體的一個或更多個部分。在某些實施例中，在已經(jīng)流過第一組熱傳遞裝置的多個部分后，第一工作流體的一個或更多個部分包括第一工作流體的多個部分。圖45示意性地圖示了與本文描述的某些實施例兼容的、利用流體的交叉連接的配置。第一工作流體的多個部分沿著熱隔離的堆疊在多個點從冷卻側(cè)轉(zhuǎn)移到加熱側(cè)上的第二工作流體。這種配置導致入口和出口的高速流動以及在冷端的低速流動。高速流動端的較小的溫度差異是提高性能的因素。247在某些實施例中，第二工作流體包括不流過至少一部分第一組熱傳遞裝置的一部分第一工作流體。圖46示意性地圖示了根據(jù)本文描述的某些實施例將適當溫度的流體引入加熱側(cè)中的效果，在加熱側(cè)其溫度與原始流動的溫度匹配。將適當溫度的第一工作流體引入到第二工作流體有效地去除了等效流動的限制。在某些實施例中使用冷卻流動的好處是利用冷流體來進一步提高性能，使其超過具有單一獨立流動的流體的性能。248在某些實施例中，熱電系統(tǒng)在大溫度差異下提供來自外界的增長的冷卻容量，采用的方式比使用傳統(tǒng)級聯(lián)幾何結(jié)構(gòu)的方式更為有效。在級聯(lián)中，除了從最冷裝置的冷表面散熱外，來自每個較冷裝置的廢棄熱量必須通過所有較高溫度的支撐裝置，從而將額外的散熱負擔施加給它們。在本文描述的某些實施例中，當廢棄熱量從一組熱電元件流向下一組熱電元件時不會聚集。由于在熱電系統(tǒng)的兩側(cè)上相同流體的使用去除了與不同流速相關(guān)聯(lián)的自由度，因此有利的是存在施加這種限制的外部理由。在某些實施例中，這個理由可以是由于工作流體的性質(zhì)、泵送裝置、泵送效率或成本或者對流體的必要防護的性質(zhì)等。249圖47示出了根據(jù)本文描述的某些實施例用于從氣體中去除蒸氣(例如，空氣除濕)的示例性熱電系統(tǒng)的示例性溫度輪廓。在圖47圖示的示例中第一工作流體包括一種蒸氣，其溫度在該蒸氣的冷凝點以上。第一工作流體通過流過第一組熱傳遞裝置的至少一部分(例如，熱電系統(tǒng)的被冷卻側(cè))被冷卻到冷凝點以下的溫度，以便至少一部分蒸氣冷凝為液體。第二工作流體包括不具有至少一部分蒸氣的第一工作流體。250在圖示的示例中，最初，第一工作流體濕空氣在溫度TIN時引入到熱電系統(tǒng)的入口。當濕空氣流過熱電系統(tǒng)的冷卻側(cè)時，濕空氣被冷卻到要去除的水蒸氣的冷凝點或露點。一旦達到冷凝點，則濕度達到100%且從此時開始，熱電系統(tǒng)不僅有利地冷卻空氣，而且去除足夠的熱量以從空氣中冷凝至少一部分水蒸氣。在最低溫度時，實現(xiàn)預期的水氣冷凝，并且現(xiàn)在經(jīng)除濕的空氣(沒有一部分水蒸氣)被輸送到熱電系統(tǒng)的加熱側(cè)以回到較高的溫度(例如，使較少的濕潤空氣變暖)。例如，出口空氣溫度Tout被提高到入口空氣溫度Tjn之上，以便為典型的除霧和除霜應(yīng)用提供所需的熱量。其它氣體和蒸氣也與本文描述的實施例兼容。251利用空氣-空氣熱電系統(tǒng)的數(shù)學模型，這種除濕熱電系統(tǒng)被仿真為傳統(tǒng)熱電系統(tǒng)和熱隔離的熱電系統(tǒng)。選擇特定的情況作為分析的示54例，也就是確定4(TC空氣中相對濕度從90。/。開始的降低。電流和流速被改變以最優(yōu)化冷卻和冷凝濕氣的可用功率。除了熱隔離(N=7)，仿真的熱電系統(tǒng)等同于127對(couple)40毫米X40毫米的模塊并且是其等價物。最適中的熱隔離階段的數(shù)量為NN7。圖48示出了傳統(tǒng)熱電系統(tǒng)和利用熱隔離從空氣流中除去水的熱電系統(tǒng)的相對能力。252在4(TC時，在某些實施例中每減少1%的相對濕度就冷凝約1/2克水每立方米是有利的。這樣做將露點降低約1/4°C。對于圖48中仿真的模塊，很明顯，這些模塊自身的容量太小。但是，如圖49所示，將其容量(和大小)按比例放大到5倍導致熱隔離的熱電系統(tǒng)有意義地降低濕度的能力。圖49的直線表示上面提到的除水和露點降低之間的關(guān)系。表示的范圍包括降低10%到20%的相對濕度。253還應(yīng)當注意到此專利的公開介紹了本發(fā)明的設(shè)計、配置和應(yīng)用。同時以上討論在冷卻特性、加熱和發(fā)電的類似結(jié)果以及得出的類似結(jié)論方面進行了分析。一些系統(tǒng)，特別是熱離子和異質(zhì)結(jié)構(gòu)類型，可能具有固有的高功率密度，在這種情形下本發(fā)明會更適于提供這種系統(tǒng)的這些特性以及可能的高功率密度。254盡管圖示并討論了上述多個示例，但是此說明書僅僅是對本發(fā)明的廣泛概念的說明，這些概念在所附權(quán)利要求書中記載。在權(quán)利要求書中，所有術(shù)語歸于其普通且慣用的含義，并且除非特別規(guī)定，上述說明并不將術(shù)語限制為任何具體或特別限定的手段。權(quán)利要求1.一種熱電系統(tǒng)，包括第一組多個熱電元件；第二組多個熱電元件；和多個熱傳遞裝置，每個熱傳遞裝置具有與所述第一組多個熱電元件的兩個或更多個熱電元件進行熱通信的第一側(cè)以及與所述第二組多個熱電元件的一個或更多個熱電元件進行熱通信的第二側(cè)，從而形成熱電元件和熱傳遞裝置堆疊，其中所述第一組多個熱電元件的所述兩個或更多個熱電元件彼此之間并行地電通信，而所述第一組多個熱電元件的所述兩個或更多個熱電元件與所述第二組多個熱電元件的所述一個或更多個熱電元件串行地電通信。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱電系統(tǒng)，其中所述第二組多個熱電元件的所述一個或更多個熱電元件包括彼此之間并行地電通信的兩個或更多個熱電元件。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱電系統(tǒng)，其中所述第一組多個熱電元件的所述熱電元件是P型的。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱電系統(tǒng)，其中所述第二組多個熱電元件的所述熱電元件是N型的。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱電系統(tǒng)，其中每個熱傳遞裝置使所述第一組多個熱電元件的所述兩個或更多個熱電元件與所述第二組多個熱電元件的所述兩個或更多個熱電元件熱隔離。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱電系統(tǒng)，其中所述堆疊被布置成在工作介質(zhì)運動的方向提供熱隔離。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱電系統(tǒng)，其中每個熱傳遞裝置接受將在所述熱傳遞裝置的總體方向流過的工作流體。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的熱電系統(tǒng)，其中所述多個熱傳遞裝置的兩個或更多個熱傳遞裝置的所述總體方向基本上彼此平行。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的熱電系統(tǒng)，其中所述多個熱傳遞裝置的至少兩個熱傳遞裝置的所述總體方向基本上彼此相反。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的熱電系統(tǒng)，其中第一工作流體通過流過第一組所述熱傳遞裝置被冷卻，而第二工作流體通過流過第二組所述熱傳遞裝置被加熱。11.根據(jù)權(quán)利要求IO所述的熱電系統(tǒng)，其中所述第一工作流體基本上沿著所述堆疊在第一方向流動，而第二工作流體基本上沿著所述堆疊在第二方向流動，所述第一方向基本平行于所述第二方向。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的熱電系統(tǒng)，其中所述第一方向基本與所述第二方向相反。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱電系統(tǒng)，其中每個熱傳遞裝置包括外殼以及在所述外殼內(nèi)的一個或更多個換熱器元件。14.一種熱電系統(tǒng)，包括多個熱電模塊；禾口多個熱傳遞裝置，每個熱傳遞裝置包括外殼和在所述外殼內(nèi)的一個或更多個換熱器元件，每個熱傳遞裝置接受從其中流過的工作流體，至少一些所述熱傳遞裝置與所述多個熱電模塊的至少兩個熱電模塊進行熱通信，并且夾在所述多個熱電模塊的所述至少兩個熱電模塊之間，以形成交替的熱電模塊和熱傳遞裝置的堆疊，如此布置從而沿著工作介質(zhì)運動的方向提供熱隔離。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的熱電系統(tǒng)，其中所述外殼包括銅，且所述一個或更多個換熱器元件包括銅翅片。16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的熱電系統(tǒng)，其中所述外殼和所述一個或更多個換熱器元件在結(jié)構(gòu)上是一個整體。17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的熱電系統(tǒng)，其中所述外殼包括第一表面和基本平行于所述第一表面的第二表面，所述第一表面與所述多個熱電模塊的至少第一熱電模塊進行熱通信和電通信，所述第二表面與所述多個熱電模塊的至少第二熱電模塊進行熱通信和電通信。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的熱電系統(tǒng)，其中所述第一熱電模塊焊接到第一外殼的所述第一表面，而第二熱電模塊焊接到所述第一外殼的所述第二表面。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的熱電系統(tǒng)，其中所述第二熱電模塊焊接到第二外殼的所述第一表面。20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的熱電系統(tǒng)，其中每個熱傳遞裝置包括一入口和一出口，所述工作流體通過所述入口進入所述熱傳遞裝置，并通過所述出口退出所述熱傳遞裝置。21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的熱電系統(tǒng)，其中所述工作流體在基本垂直于所述第一表面的方向流過所述入口，并且在基本垂直于所述第二表面的方向流過所述出口。22.—種熱電系統(tǒng)，包括多個熱電模塊；禾口多個熱傳遞裝置，每個熱傳遞裝置接受從其中流過的工作流體，至少一些所述熱傳遞裝置與所述多個熱電模塊的至少兩個熱電模塊進行熱通信，并且夾在所述多個熱電模塊的所述至少兩個熱電模塊之間，以形成交替的熱電模塊和熱傳遞裝置堆疊，如此布置從而沿著工作介質(zhì)運動的方向提供熱隔離，其中第一工作流體通過流過第一組所述熱傳遞裝置被冷卻，而第二工作流體通過流過第二組所述熱傳遞裝置被加熱。23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的熱電系統(tǒng)，其中在流過所述第一組熱傳遞裝置的一個或更多個部分之后，所述第二工作流體包括所述第一工作流體的一個或更多個部分。24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的熱電系統(tǒng)，其中在流過所述第一組熱傳遞裝置的多個部分之后，所述第一工作流體的所述一個或更多個部分包括所述第一工作流體的多個部分。25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的熱電系統(tǒng)，其中所述第二工作流體包括所述第一工作流體的一部分，該部分不流過所述第一組熱傳遞裝置的至少一部分。26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的熱電系統(tǒng)，其中在流過所述第一組熱傳遞裝置之后，所述第二工作流體包括所述第一工作流體。27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的熱電系統(tǒng)，其中所述第一工作流體包括溫度在蒸氣的冷凝點以上的所述蒸氣，所述第一工作流體通過流過所述第一組熱傳遞裝置的至少一部分而被冷卻到所述冷凝點以下的溫度，以便所述蒸氣的至少一部分冷凝成液體，所述第二工作流體包括不具有所述蒸氣的所述至少一部分的所述第一工作流體。28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的熱電系統(tǒng)，其中所述第一工作流體包括水蒸氣和空氣，并且所述第二工作流體包括去除了至少一部分所述水蒸氣的所述第一工作流體。全文摘要一種熱電系統(tǒng)，包括第一組多個熱電元件和第二組多個熱電元件。該熱電系統(tǒng)還包括多個熱傳遞裝置。每個熱傳遞裝置具有與第一組多個熱電元件的兩個或更多個熱電元件進行熱通信的第一側(cè)以及與第二組多個熱電元件的一個或更多個熱電元件進行熱通信的第二側(cè)，從而形成熱電元件和熱傳遞裝置堆疊。第一組多個熱電元件的兩個或更多個熱電元件彼此之間并行地電通信，而第一組多個熱電元件的兩個或更多個熱電元件與第二組多個熱電元件的一個或更多個熱電元件串行地電通信。文檔編號H01L35/32GK101517764SQ200780035715公開日2009年8月26日申請日期2007年7月27日優(yōu)先權(quán)日2006年7月28日發(fā)明者D·T·克蘭,F·R·哈瑞斯,L·E·貝爾,R·W·迪勒申請人:Bsst有限責任公司