本發(fā)明涉及溫差發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種人體監(jiān)測(cè)無(wú)線傳感器供電的柔性穿戴式發(fā)電設(shè)備。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，由于化石能源日趨枯竭，人類面臨的能源形勢(shì)日益嚴(yán)峻，同時(shí)，資源的過(guò)度開(kāi)發(fā)以及隨之而來(lái)的環(huán)境惡化已經(jīng)不止一次給人類敲響了警鐘，給人類文明的可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)了嚴(yán)重的威脅。面對(duì)嚴(yán)峻的能源和環(huán)境危機(jī)，許多國(guó)家都開(kāi)展了“綠色能源"(包括太陽(yáng)能、風(fēng)電、地?zé)崮?，潮汐能?方面的研究，并取得了可觀的成就。目前“綠色能源"在全球能源結(jié)構(gòu)中的比重約為15-20％，長(zhǎng)期以來(lái)形成的石油、煤炭和天然氣等化石能源占主體地位的現(xiàn)象在將來(lái)有望得到改觀。

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一項(xiàng)頗具影響力的新興技術(shù)，目前正在向著無(wú)所不在的信息獲取技術(shù)方向邁進(jìn)，在國(guó)防安全、工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域各種控制、環(huán)境監(jiān)測(cè)、危險(xiǎn)區(qū)域遠(yuǎn)程控制等眾多領(lǐng)域都體現(xiàn)了重要的實(shí)用價(jià)值，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。

能量問(wèn)題是制約無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的重要因素，將無(wú)線傳感器部署到一些人力難以或不宜到達(dá)的地域進(jìn)行信息采集，具有非常重要的實(shí)際意義。由于目前傳感器通常采用電池供電，而電池電量十分有限，人為更換電池會(huì)帶來(lái)額外的開(kāi)銷，甚至帶來(lái)危險(xiǎn)，而一旦電池電量用盡，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)將無(wú)法正常工作，造成資源的浪費(fèi)。

此外，將用于健康護(hù)理、慢性病以及身體特征監(jiān)視等方面的無(wú)線傳感器集成到衣服實(shí)現(xiàn)穿戴式計(jì)算是目前非常重要的發(fā)展方向?，F(xiàn)有的穿戴式設(shè)備硬件尺寸大小已經(jīng)可以滿足穿戴式計(jì)算的需要；而系統(tǒng)供能方面依然龐大，笨重，不方便攜帶，這種情況下可以考慮利用人體散發(fā)的熱能為這一類的微功耗傳感器供電。要實(shí)現(xiàn)上述環(huán)境能量和人體熱能為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)以及穿戴式設(shè)備供電的目標(biāo)，溫差發(fā)電技術(shù)是一個(gè)非常合適的選擇。

CN204614820U公開(kāi)的專利提出了一種柔性薄膜溫差發(fā)電裝置，該裝置的P型和N型半導(dǎo)體熱電偶是柔性的，但在其熱面板和冷面板依舊是硬性基板，不便于結(jié)合衣服用來(lái)收集人體溫差能量。CN102664562A所公開(kāi)的柔性基座的溫差發(fā)電裝置主要是用于收集汽車尾氣，其熱端面板固連一個(gè)彈簧柔性基座可以大大增加安裝和擴(kuò)展的便利性，但是其溫差發(fā)電片并不是柔性的，所以也難以構(gòu)成人體穿戴式俘能系統(tǒng)。CN104410331A公開(kāi)的柔性自支撐型的溫差發(fā)電結(jié)構(gòu)已經(jīng)非常接近穿戴式集成的需要，但是由于連接P型和N型半導(dǎo)體的導(dǎo)線不具有伸縮性，導(dǎo)致在彎曲溫差發(fā)電裝置時(shí)，極易造成導(dǎo)線斷裂。CN204068767U公布的穿戴式溫差發(fā)電裝置將溫差發(fā)電片與衣服結(jié)合，由于與人體接觸的部分為硬性的溫差發(fā)電片的熱端的陶瓷導(dǎo)熱片，一方面由于人體并不是平整的結(jié)構(gòu)，不便于接觸；另一方面由于人體溫差本來(lái)就不是特別大，陶瓷導(dǎo)熱會(huì)導(dǎo)致熱能收集效果不明顯。CN203871377U與CN104410331A類似比較適合穿戴式集成，但是熱端面板和冷端面板上連接P型和N型半導(dǎo)體熱電偶的銅箔和導(dǎo)線一樣，極易導(dǎo)致在彎曲溫差發(fā)電裝置時(shí)斷裂。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種柔性穿戴式溫差發(fā)電裝置，能夠解決現(xiàn)階段各穿戴式柔性溫差發(fā)電裝置的不足，可以結(jié)合衣服高轉(zhuǎn)換效率、穩(wěn)定可靠的利用人體自然散發(fā)的熱量發(fā)電給低功耗的無(wú)線傳感器。

一種柔性穿戴式溫差發(fā)電裝置，包括：上層基板、下層基板、銅箔、上層紡織層、下層紡織層、隔熱層、P型半導(dǎo)體粒子、N型半導(dǎo)體粒子、柔性導(dǎo)線。

所述銅箔等間距固定在上、下層基板上，且上、下層基板上的銅箔數(shù)量相同；所述溫差發(fā)電裝置為多層結(jié)構(gòu)，從上到下依次是上層基板、上層紡織層、隔熱層、下層紡織層、下層基板，偶數(shù)對(duì)P型半導(dǎo)體粒子和N型半導(dǎo)體粒子穿過(guò)上層紡織層、隔熱層、下層紡織層對(duì)應(yīng)焊接在上、下層基板上的銅箔上。

所述P型半導(dǎo)體粒子和N型半導(dǎo)體粒子由連接在上層銅箔之間的柔性導(dǎo)線連接，形成半導(dǎo)體模組，上層銅箔與連接在上層銅箔之間的柔性導(dǎo)線組成上層銅箔導(dǎo)線層，相應(yīng)地，半導(dǎo)體模組之間由連接在下層銅箔之間的柔性導(dǎo)線連接，下層銅箔與連接在下層銅箔之間的柔性導(dǎo)線組成下層銅箔導(dǎo)線層，第一片焊接N型半導(dǎo)體粒子的銅箔和最后一片焊接P型半導(dǎo)體粒子的銅箔用導(dǎo)線引出，形成正負(fù)極。

進(jìn)一步地，所述基板的材料是柔性導(dǎo)熱硅膠墊。

進(jìn)一步地，所述銅箔表面形狀與半導(dǎo)體粒子的表面形狀一致。

進(jìn)一步地，所述紡織層的材料是柔性可伸縮紡織品。

進(jìn)一步地，所述柔性導(dǎo)線是柔性正弦形式導(dǎo)線。

進(jìn)一步地，所述隔熱層為蜂窩狀隔熱棉。

有益效果：

1、銅箔用于焊接，柔性正弦形式導(dǎo)線，在彎曲時(shí)可以提供很好的伸縮延展性，不會(huì)導(dǎo)致因?yàn)閺澢购更c(diǎn)脫落或是導(dǎo)線斷開(kāi)。

2、基板是柔性的導(dǎo)熱硅膠墊，具有高度柔性，可以很好的貼合人體表面，對(duì)人體無(wú)毒副作用，安全舒適。導(dǎo)熱硅膠墊的高導(dǎo)熱型，比一般的陶瓷、鋁基板的溫差發(fā)電片導(dǎo)熱性更好，可以高效快速的將人體散發(fā)的熱量收集到柔性溫差發(fā)電片的熱端。

3、定制的蜂窩狀隔熱棉很好的隔絕人體熱量散失和減小冷熱交換，大大提高能量轉(zhuǎn)換效率。

4、柔性可伸縮紡織層既能為導(dǎo)線提供支撐，也能減小因長(zhǎng)期彎曲發(fā)電片時(shí)導(dǎo)線磨損。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)爆炸圖；

圖2為本發(fā)明下層銅箔導(dǎo)線層俯視圖；

圖3為本發(fā)明柔性可伸縮紡織層示意圖；

圖4為本發(fā)明柔性可伸縮紡織層、銅箔導(dǎo)線層以及溫差發(fā)電半導(dǎo)體模組層的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明溫差發(fā)電片隔熱層示意圖；

圖6為本發(fā)明上層銅箔導(dǎo)線層示意圖；

圖7為本發(fā)明銅箔和導(dǎo)線連接方式示意圖；

圖8為本發(fā)明剖面示意圖。

其中，1-上層基板，2-上層銅箔，3-上層紡織層，4-隔熱層，5-半導(dǎo)體粒子，6-下層紡織層，7-下層銅箔，8-下層基板，9-銅箔，10-柔性導(dǎo)線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

本發(fā)明提供了一種柔性穿戴式溫差發(fā)電裝置，包括：上層基板1、下層基板8、銅箔9、上層紡織層3、下層紡織層6、隔熱層4、P型半導(dǎo)體粒子、N型半導(dǎo)體粒子、柔性導(dǎo)線10。所述紡織層的材料是柔性可伸縮紡織品，在固定導(dǎo)線的同時(shí)，可以保證溫差發(fā)電片可以彎曲拉伸，真正具有柔性。所述基板的材料是柔性導(dǎo)熱硅膠墊，柔性導(dǎo)熱硅膠墊具有良好的導(dǎo)熱能力和高等級(jí)的耐壓絕緣，是取代導(dǎo)熱硅脂的替代產(chǎn)品，其材料本身具有一定的柔韌性，很好的貼合功率器件與散熱鋁片或機(jī)器外殼間，從而達(dá)到最好的導(dǎo)熱及散熱目的，再加上其對(duì)人體皮膚完全無(wú)害，因此，特別適合人體穿戴式要求。

如圖1、圖8所示，銅箔9等間距固定在上層基板1和下層基板8上，且上層基板1和下層基板8上的銅箔9數(shù)量相同；所述溫差發(fā)電裝置從上到下依次是上層基板1、上層紡織層3、隔熱層4、下層紡織層6、下層基板8，4×4片P型半導(dǎo)體粒子和N型半導(dǎo)體粒子穿過(guò)上層紡織層3、隔熱層4、下層紡織層6對(duì)應(yīng)焊接在上下層基板上的銅箔9上。所述銅箔9表面形狀與半導(dǎo)體粒子5的表面形狀一致。

如圖6所示，P型半導(dǎo)體粒子和N型半導(dǎo)體粒子由連接在上層銅箔2之間的柔性導(dǎo)線10連接，形成半導(dǎo)體模組，上層銅箔2與連接在上層銅箔2之間的柔性導(dǎo)線10組成上層銅箔導(dǎo)線層，相應(yīng)地，如圖2所示，半導(dǎo)體模組之間由連接在下層銅箔7之間的柔性導(dǎo)線10連接，下層銅箔7與連接在下層銅箔7之間的柔性導(dǎo)線10組成下層銅箔導(dǎo)線層，由銅箔9之間的柔性導(dǎo)線10連接方式選擇半導(dǎo)體模組的串并聯(lián)方式。第一片焊接N型半導(dǎo)體粒子的銅箔9和最后一片焊接P型半導(dǎo)體粒子的銅箔9用導(dǎo)線引出，實(shí)現(xiàn)串聯(lián)連接形成正負(fù)極，如圖4所示。

如圖5所示，所述隔熱層4為蜂窩狀隔熱棉，上面按照半導(dǎo)體模組的排列分布有4×4個(gè)通孔，包裹著P型半導(dǎo)體粒子和N型半導(dǎo)體粒子，減小溫差發(fā)電片熱端與冷端之間的熱交換以及人體熱能的散失，提高溫差發(fā)電的效率。

如圖7所示，所述柔性導(dǎo)線10是柔性正弦形式導(dǎo)線，這種形式的導(dǎo)線特別適合柔性穿戴式的要求，在彎曲拉伸溫差發(fā)電片時(shí)，可以很好的保證導(dǎo)線與銅箔之間不會(huì)由于張力而斷裂，真正使溫差發(fā)電片具有柔性的特性，大大方便了發(fā)電片與衣服之間的結(jié)合。可以用中間被絕緣層包裹、兩端裸露的導(dǎo)線，兩端直接壓制成銅箔形成如圖7所示結(jié)構(gòu)，或者用焊料將柔性導(dǎo)線10與銅箔9焊接，具體連接方式不構(gòu)成本發(fā)明的限定。

綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。