專利名稱：一種便攜式半導(dǎo)體熱能發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種便攜式半導(dǎo)體熱能裝置發(fā)電裝置，屬半導(dǎo)體熱能發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種照明器和隨身攜帶的電子產(chǎn)品越來(lái)越豐富，人們對(duì)其 依賴程度也越來(lái)越強(qiáng)，但在偏遠(yuǎn)的地區(qū)、野外活動(dòng)或在停電等沒(méi)有電源供應(yīng)的情況下，這些 照明器和電子產(chǎn)品的電源常常因?yàn)椴荒艿玫诫娔苎a(bǔ)充而無(wú)法使用，這就急需尋求一種替代 的電能。熱能發(fā)電裝置所需的熱能火源在偏遠(yuǎn)的地區(qū)、野外活動(dòng)和停電的情況下是最常見(jiàn) 的，而這些常見(jiàn)便攜式設(shè)備的充電電壓需求一般為0 15V。因此，開(kāi)發(fā)一種以火源為熱源 的半導(dǎo)體小型熱能發(fā)電裝置，在沒(méi)有電源供應(yīng)的情況下提供0 15V電源用來(lái)照明和給便 攜式電子產(chǎn)品充電成為一種很有效的辦法。公開(kāi)號(hào)CN101714765A公開(kāi)了一種手機(jī)冷熱水充電和煤/氣爐灶半導(dǎo)體溫差發(fā)電 裝置，但這種裝置發(fā)電能力低，也不適用于使用在偏僻缺電缺氣場(chǎng)合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，為了克服現(xiàn)有的火源熱量不穩(wěn)定而影響熱能發(fā)電裝置正常供電 的不足，開(kāi)發(fā)一種以火源為熱源的半導(dǎo)體小型熱能發(fā)電裝置，在沒(méi)有電源供應(yīng)的情況下，能 提供0 15V電源用來(lái)照明或給便攜式電子產(chǎn)品充電，以解決在偏遠(yuǎn)地區(qū)和野外活動(dòng)時(shí)電 子產(chǎn)品的充電問(wèn)題。本發(fā)明的技術(shù)方案是，本發(fā)明小型便攜式半導(dǎo)體熱能發(fā)電裝置由集熱器，熱電模 塊，石墨紙、散熱器、小型風(fēng)扇、卡扣、USB接口組成。本發(fā)明所述的集熱器是由圓盤、長(zhǎng)方體凸臺(tái)和卡扣底座組成的臺(tái)階圓盤狀集熱 器，由鋁合金沖壓制成；臺(tái)階圓盤狀集熱器下面為圓盤底座，上面中部有一長(zhǎng)方體凸臺(tái)10， 上面沿長(zhǎng)方體長(zhǎng)度直徑方向上兩端安裝有相互對(duì)稱的卡扣底座9 ；如圖4和圖5所示；集熱 器圓盤底座上的長(zhǎng)方體凸臺(tái)10用于放置熱電模塊，卡扣底座9用于安裝卡扣5，臺(tái)階集熱器 圓盤底座11與火源接觸。圓盤能夠穩(wěn)定的吸收火源的熱量，阻擋火源與熱電模塊和散熱器 直接接觸引起的熱電模塊破壞和由螺絲固定引起的熱短路，同時(shí)將火源的熱量穩(wěn)定集中傳 到長(zhǎng)方體凸臺(tái)上的熱電模塊熱面端，圓盤底座的熱容量保證了溫差電模塊熱面溫度的穩(wěn)定 在250 300°C左右，達(dá)到了為熱電模塊提供穩(wěn)定熱量的目的。本發(fā)明所述的散熱器為鋁型材擠壓式散熱器，上部可安裝小型風(fēng)扇，如圖6所示， 所述的散熱器可選用常用的小型鋁制散熱器，固定在散熱器上部的小風(fēng)扇可選用額定電壓 3 12V，額定功率0. 5 3W的直流電風(fēng)扇，，由熱電模塊供電，保證了熱電電模塊冷面溫度穩(wěn)定。本發(fā)明所述的熱電模塊為一片或兩片自制的熱電組件，熱電模塊由二塊夾有多個(gè) 熱電元件的陶瓷板組成，熱電模塊外表的電瓷板分別為冷面和熱面，冷熱面分別貼高導(dǎo)熱 石墨紙，冷面石墨紙與散熱器緊貼，熱面石墨紙與臺(tái)階狀集熱器緊貼，熱電模塊冷面和熱面平行，散熱器、集熱器與熱電模塊的冷熱接觸面彼此平行；其溫差熱電模塊為耐高溫穩(wěn)定 Bi2Te3基商用熱電模塊，熱面耐溫達(dá)380°C，冷面耐溫達(dá)200°C。本發(fā)明所述的熱電模塊冷熱兩面陶瓷板貼有石墨紙，貼有石墨紙的熱電模塊熱面 緊貼于臺(tái)階集熱器上端面的凸臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了熱電模塊冷熱面與散熱器和集熱器之間的無(wú)縫連 接；貼有石墨紙的熱電模塊冷面緊貼于散熱器的下端面，套在散熱器上的可拆卸卡扣扣在 集熱器圓盤上的卡扣底座上，將散熱器、熱電模塊和集熱器牢牢扣緊，集熱器下端面放置在 火源的正上方，熱電模塊的電源引出線接風(fēng)扇和經(jīng)開(kāi)關(guān)接USB接口。當(dāng)熱能發(fā)電裝置置于火源正上方后，底部圓盤的集熱器擋住火苗與熱電模塊及散 熱器直接接觸的同時(shí)吸收了火源的熱量，將熱量傳導(dǎo)到集熱器中部凸起的長(zhǎng)方體上來(lái)將熱 量傳導(dǎo)至熱電模塊的熱端，熱電模塊的冷面與帶卡扣和風(fēng)扇的散熱器接觸緊密，散熱器迅 速將該面的溫度傳輸出去，這樣，熱電模塊的二個(gè)面很快形成了溫差，當(dāng)溫差達(dá)到一定時(shí)， 熱電模塊即產(chǎn)生電流，帶動(dòng)散熱器上的風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)保證冷熱面溫差恒定，產(chǎn)生電流，給便攜式 設(shè)備供電。當(dāng)便攜式半導(dǎo)體熱能發(fā)電裝置工作時(shí)，所述發(fā)電裝置置于火源上方，在帶小風(fēng)扇 散熱器的散熱作用下，緊貼散熱器的熱電模塊的這個(gè)面的溫度能穩(wěn)定在60 100°C左右。 熱電模塊的熱量通過(guò)熱電模塊本身擴(kuò)散的熱量很小，而采用熱電模塊溫差發(fā)的電帶動(dòng)散熱 器上的風(fēng)扇后，加快空氣流動(dòng)，將半導(dǎo)體熱能發(fā)電模塊冷面的熱量散發(fā)出去，才能使冷面的 溫度穩(wěn)定60 100°C左右，從而在熱能發(fā)電模塊的兩端面產(chǎn)生穩(wěn)定的溫度差來(lái)發(fā)電。本發(fā)明的集熱器、熱電模塊及散熱器之間的固定是通過(guò)套在散熱器上的卡扣與臺(tái) 階式集熱器圓盤上方的卡扣底座扣在一起來(lái)固定?？蹫椴讳P鋼材質(zhì)，采用卡扣可避免采 用螺絲固定引起的熱短路，同時(shí)在更換熱電模塊和拆卸時(shí)方便，易于調(diào)節(jié)熱電發(fā)電裝置的 電壓、功率，同時(shí)攜帶方便。由于熱電模塊耐高溫、冷熱面溫差達(dá)200°C、轉(zhuǎn)換效率高，熱電模塊冷熱面貼石墨 紙，散熱器上的卡扣與集熱器之間可以將熱電模塊很好的固定的兩者之間，體積小、拆卸方 便。同時(shí)可以很方便的根據(jù)輸出設(shè)備對(duì)電壓的要求，直接更換熱電模塊的片數(shù)和型號(hào)來(lái)實(shí) 現(xiàn)輸出電壓在O 15V之間調(diào)節(jié)、功率在0 20W之間調(diào)節(jié)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果在于該小型便攜式半導(dǎo)體熱能發(fā)電裝置可廣泛應(yīng)用于 無(wú)電源供應(yīng)的情況下，只要火源，就能穩(wěn)定的給便攜式設(shè)備充電。該發(fā)電裝置提供的電壓穩(wěn) 定、功率及能量比高、無(wú)運(yùn)動(dòng)部件無(wú)須維護(hù)、壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、拆卸方便、體積小便于攜帶、 經(jīng)濟(jì)適用、使用方便。本發(fā)明適用于無(wú)電時(shí)利用火源發(fā)電獲得電力或照明。


圖1為本發(fā)明小型便攜式半導(dǎo)體熱能發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明小型便攜式半導(dǎo)體熱能發(fā)電裝置側(cè)視示意圖；圖3為本發(fā)明小型便攜式半導(dǎo)體熱能發(fā)電裝置工作框圖；圖4為本發(fā)明小型便攜式半導(dǎo)體熱能發(fā)電裝置集熱器俯視圖；圖5為本發(fā)明小型便攜式半導(dǎo)體熱能發(fā)電裝置集熱器左視圖；圖6為本發(fā)明小型便攜式半導(dǎo)體熱能發(fā)電裝置散熱器俯視4
圖7為本發(fā)明小型便攜式半導(dǎo)體熱能發(fā)電裝置散熱器主視圖；圖8為本發(fā)明小型便攜式半導(dǎo)體熱能發(fā)電裝置散熱器上卡扣主視圖；圖9為本發(fā)明小型便攜式半導(dǎo)體熱能發(fā)電裝置散熱器上卡扣左視圖；圖10為本發(fā)明小型便攜式半導(dǎo)體熱能發(fā)電裝置散熱器上卡扣俯視圖；圖中1風(fēng)扇；2散熱器；3石墨紙；4熱電模塊；5卡扣；6臺(tái)階圓盤狀集熱器；7火 焰熱源；8USB接口 ；9卡扣底座；10集熱器底座上的長(zhǎng)方體凸臺(tái)；11集熱器圓盤底座。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
本發(fā)明實(shí)施例為制備小型便攜式半導(dǎo)體熱電發(fā)電裝置的
具體實(shí)施例方式本實(shí)施例采用的零部件由熱電模塊4、臺(tái)階圓盤狀集熱器6、散熱器2、小型風(fēng)扇1、 卡扣5和石墨紙3和USB接口 8等組成。(1)集熱器以導(dǎo)熱系數(shù)高的鋁合型材為原料，加工成臺(tái)階圓盤狀集熱器。臺(tái)階狀集 熱器的底座為圓盤形，圓盤底座11另一面的中心為長(zhǎng)方體凸臺(tái)10，沿長(zhǎng)方體長(zhǎng)度直徑方向 上兩端安裝有相互對(duì)稱的卡扣底座9 ；其中圓盤為直徑62mm、厚度5mm ；長(zhǎng)方體為84mm、寬 43mm、高5mm，如圖4和圖5所示。圓盤底座的面積擋住火源與熱電模塊和散熱器直接接觸 導(dǎo)致的熱短路和對(duì)熱電模塊損壞的同時(shí)將火源的熱量集中傳到圓盤上面中心的長(zhǎng)方體凸 臺(tái)上，保證了熱電模塊熱面溫度的穩(wěn)定，同時(shí)在圓盤上焊接上卡扣底座；(2)散熱器選用臺(tái)式電腦CPU上的散熱器，在散熱器上套上卡扣，同時(shí)用螺絲固定 大小為70 X 70 X 25mm額定電壓5V，額定功率為0. 5W的小型直流電風(fēng)扇在散熱器上，如圖6 所示。小風(fēng)扇所需電源通過(guò)熱電模塊產(chǎn)生的電來(lái)帶動(dòng)，無(wú)需額外電源，保證了熱電模塊冷面 溫度穩(wěn)定在60 100°C左右；選用臺(tái)式電腦CPU上的散熱器體積小、無(wú)需開(kāi)模、價(jià)格便宜。(3)采用的熱電電模塊設(shè)計(jì)為一片型號(hào)為TEP1-12635-3. 4的熱電電組件組成，每 片組件大小為35mmX35mmX4. 2mm，由126對(duì)大小為1. 3mmX 1. 3mmX 2mm的粒子制成，其所 用原料相當(dāng)與單片常用半導(dǎo)體制冷片TEC1-12703，達(dá)到了降低器件成本的目的；熱電模塊 冷熱面分別貼高導(dǎo)熱石墨紙來(lái)實(shí)現(xiàn)與散熱器和集熱器之間的無(wú)縫連接，保證了熱電模塊與 集熱器和散熱器之間良好的導(dǎo)熱和保護(hù)熱電模塊在拆卸的過(guò)程中不會(huì)被損壞。同時(shí)該器件 為耐高溫穩(wěn)定Bi2Te3基商用熱電模塊，熱面耐溫達(dá)380°C、冷面耐溫達(dá)200°C ；才能在火源 (瓦斯?fàn)t、柴草燃燒等)為熱源下的夏天集熱器溫度為300。C的條件下穩(wěn)定工作，冷端100。C 條件下，單片能提供7V電壓和3W的功率，產(chǎn)生的電能足夠通過(guò)USB接口給小型便攜式電器 如手機(jī)、Mp4、Iphone等充電和照明。(4)散熱器上自帶的卡扣與集熱器上的卡扣底座將熱電模塊固定在散熱器上和集 熱器之間，避免了更換熱電模塊和拆卸方便，易于調(diào)節(jié)電壓功率和攜帶。實(shí)施例2 以下是制備小型便攜式半導(dǎo)體熱電發(fā)電裝置的另一個(gè)實(shí)施方式本實(shí)施例采用的零部件由熱電模塊4、臺(tái)階圓盤狀集熱器6、散熱器2、小型風(fēng)扇1、 卡扣5和石墨紙3和USB接口 8等組成。(1)集熱器以導(dǎo)熱系數(shù)高的鋁合型材為原料，加工成臺(tái)階圓盤狀集熱器，臺(tái)階圓 盤狀集熱器的底座為圓盤形，圓盤底座11上面的中心為長(zhǎng)方體凸臺(tái)10，沿長(zhǎng)方體長(zhǎng)度直徑方向上兩端安裝有相互對(duì)稱的卡扣底座9 ；其中圓盤為直徑65mm、厚度8mm ；長(zhǎng)方體為長(zhǎng) 84mm、寬43mm、高5mm，如圖4和圖5所示。圓盤底座的面積擋住火源與熱電模塊和散熱器 直接接觸導(dǎo)致的熱短路和對(duì)熱電模塊損壞的同時(shí)將火源的熱量集中傳到圓盤另一面中心 的長(zhǎng)方體凸臺(tái)上，保證了熱電模塊熱面溫度的穩(wěn)定，同時(shí)在圓盤上焊接上卡扣底座；(2)散熱器選用臺(tái)式電腦CPU上的散熱器，在散熱器上套上卡扣，同時(shí)用螺絲固定 大小為70X 70X 25mm3額定電壓12V，額定功率1. 5W的小風(fēng)扇在散熱器上，如圖6所示。小 風(fēng)扇所需電源通過(guò)熱電模塊產(chǎn)生的電來(lái)帶動(dòng)，無(wú)需額外電源，保證了熱電模塊冷面溫度穩(wěn) 定在60 100°C左右；選用臺(tái)式電腦CPU上的散熱器體積小、無(wú)需開(kāi)模、價(jià)格便宜。(3)采用的熱電電模塊設(shè)計(jì)為兩片型號(hào)為TEHP1-1264-0.8的熱電電組件組成， 每片組件大小為40mmX40mmX3. 5mm，由126對(duì)大小為1. 47mmX 1. 47mmX 1. 3mm的粒子制 成，其所用原料相當(dāng)與單片常用半導(dǎo)體制冷片TEC1-12703的2倍，達(dá)到了降低器件成本的 目的；熱電模塊冷熱面分別貼高導(dǎo)熱石墨紙來(lái)實(shí)現(xiàn)與散熱器和集熱器之間的無(wú)縫連接，保 證了熱電模塊與集熱器和散熱器之間良好的導(dǎo)熱和保護(hù)熱電模塊在拆卸的過(guò)程中不會(huì)被 損壞。同時(shí)該器件為耐高溫穩(wěn)定Bi2Te3基商用熱電模塊，熱面耐溫達(dá)380°C、冷面耐溫達(dá) 2000C ；才能在火源(瓦斯?fàn)t、木材燃燒等)為熱源下的夏天集熱器溫度為300°C的條件下 穩(wěn)定工作，冷端100°c條件下，單片能提供14V電壓和IOW的功率，產(chǎn)生的電能足夠通過(guò)USB 接口給小型便攜式電器照明和給電腦等充電。(4)散熱器上自帶的卡扣與集熱器上的卡扣底座將熱電模塊固定在散熱器上和集 熱器之間，避免了更換熱電模塊和拆卸方便，易于調(diào)節(jié)電壓功率和攜帶。得到小型便攜式半導(dǎo)體熱電發(fā)電裝置可廣泛應(yīng)用于無(wú)電源供應(yīng)的情況下，只要火 源，就能穩(wěn)定的給便攜式設(shè)備充電。該發(fā)電裝置提供的電壓穩(wěn)定、功率及能量比高、無(wú)運(yùn)動(dòng) 部件無(wú)須維護(hù)、壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、拆卸方便、體積小便于攜帶、經(jīng)濟(jì)適用、使用方便。大大減 低了熱電發(fā)電應(yīng)用的使用成本和擴(kuò)展熱電發(fā)電的使用領(lǐng)域。
權(quán)利要求
一種便攜式半導(dǎo)體熱能發(fā)電裝置由集熱器，熱電模塊，石墨紙、散熱器、小型風(fēng)扇、卡扣、USB接口組成；其特征在于，所述集熱器是由圓盤、長(zhǎng)方體凸臺(tái)和卡扣底座組成的臺(tái)階圓盤狀集熱器，由高導(dǎo)熱金屬制成；臺(tái)階圓盤狀集熱器下面為圓盤底座，上面中部有一長(zhǎng)方體凸臺(tái)，上面沿長(zhǎng)方體長(zhǎng)度直徑方向上兩端安裝有相互對(duì)稱的卡扣底座；長(zhǎng)方體凸臺(tái)用于放置熱電模塊，卡扣底座用于安裝卡扣，圓盤能夠穩(wěn)定的吸收火源的熱量，阻擋火源與熱電電模塊和散熱器直接接觸引起的熱電模塊破壞和由螺絲固定引起的熱短路，將火源的熱量穩(wěn)定集中傳到長(zhǎng)方體凸臺(tái)上的熱電模塊熱面端；所述的散熱器為鋁型材擠壓式的散熱器，散熱器上部可安裝電風(fēng)扇，下部為帶散熱筋的散熱器；所述的溫差電模塊為耐高溫穩(wěn)定的Bi2Te3基商用熱電模塊，熱面耐溫達(dá)380℃、冷面耐溫達(dá)200℃。所述熱電模塊冷熱兩面陶瓷板貼有高導(dǎo)熱石墨紙，貼有石墨紙的熱電模塊熱面緊貼于集熱器上端面的凸臺(tái)，貼有石墨紙的熱電模塊冷面緊貼于散熱器的下端面，實(shí)現(xiàn)了熱電模塊冷熱面與散熱器和集熱器之間的無(wú)縫連接；套在散熱器上的可拆卸卡扣扣在集熱器圓盤上的卡扣底座上，將散熱器、熱電模塊和集熱器牢牢扣緊，集熱器下端面放置在火源的正上方；熱電模塊的電源引出線接風(fēng)扇和經(jīng)開(kāi)關(guān)接USB接口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式半導(dǎo)體熱能發(fā)電裝置，其特征在于，所述的熱電 模塊冷面和熱面平行，散熱器、集熱器與熱電模塊的冷熱接觸面彼此平行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式半導(dǎo)體熱能發(fā)電裝置，其特征在于，所述的臺(tái)階 圓盤狀集熱器、熱電模塊及散熱器之間的固定通過(guò)套在散熱器上的卡扣與臺(tái)階式集熱器圓 盤上方的卡扣底座扣在一起來(lái)固定，避免了螺絲固定引起的熱短路，同時(shí)更換熱電模塊和 拆卸方便，易于調(diào)節(jié)熱能發(fā)電裝置的電壓、功率，同時(shí)攜帶方便。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式半導(dǎo)體熱能發(fā)電裝置，其特征在于，所述的散熱 器上安裝的風(fēng)扇選用電壓額定電壓3 12V，額定功率0. 5 5W的電風(fēng)扇，由熱電模塊供 電，保證了熱電電模塊冷面溫度穩(wěn)定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式半導(dǎo)體熱能發(fā)電裝置，其特征在于，所述熱電模 塊緊貼臺(tái)階式集熱器凸起處，熱面的溫度穩(wěn)定在250 300°C，熱電模塊冷面緊貼散熱器冷 面的溫度穩(wěn)定在60 100°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式半導(dǎo)體熱能發(fā)電裝置，其特征在于，所述便攜式 半導(dǎo)體熱能發(fā)電裝置通過(guò)直接更換熱電模塊的片數(shù)和規(guī)格來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出電壓在0 15V之間 調(diào)節(jié)、功率在0 20W之間調(diào)節(jié)，通過(guò)USB接口給不同的便攜式設(shè)備充電和照明。
全文摘要
一種便攜式半導(dǎo)體熱能發(fā)電裝置，所述便攜式半導(dǎo)體熱能發(fā)電裝置由所述發(fā)電機(jī)由臺(tái)階圓盤狀集熱器(6)，熱電模塊(4)，熱電模塊冷熱面石墨紙(3)、鋁型材擠壓式散熱器(2)、小型風(fēng)扇(1)、卡扣(5)、USB接口(8)組成；貼有石墨紙的熱電模塊熱面緊貼于臺(tái)階集熱器上端面的凸臺(tái)，貼有石墨紙的熱電模塊冷面緊貼于帶風(fēng)扇散熱器的下端面，套在散熱器上的可拆卸卡扣扣在集熱器圓盤上的卡扣底座上，將散熱器、熱電模塊和集熱器牢牢扣緊，當(dāng)熱電發(fā)電裝置置于火源(7)正上方后，集熱器將熱量傳遞給熱電模塊，熱電模塊的二個(gè)面很快形成溫差，即產(chǎn)生電流，可給便攜式電子設(shè)備供電。本發(fā)明適用于無(wú)電時(shí)利用火源發(fā)電給便攜式設(shè)備充電和照明。
文檔編號(hào)H02N11/00GK101882899SQ201010219930
公開(kāi)日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2010年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月7日
發(fā)明者鄭俊輝 申請(qǐng)人:江西納米克熱電電子股份有限公司