專利名稱：一種溫差發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)電技術(shù)，更具體地，本發(fā)明涉及一種溫差發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
目前，能夠達(dá)到接近零碳的發(fā)電技術(shù)包括太陽能發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電、核能發(fā)電和溫差發(fā)電。其中，核能發(fā)電技術(shù)中，反應(yīng)堆以水作為冷卻劑在主泵的推動(dòng)下流過燃料組件，吸收核裂變產(chǎn)生的熱能之后流出反應(yīng)堆，進(jìn)入蒸汽發(fā)生器，在蒸汽發(fā)生器中把熱量傳給二次側(cè)的水，使它們變成蒸汽送去發(fā)電。核能發(fā)電效率高，所需反應(yīng)原料少，但是目前看來核電站的建設(shè)和運(yùn)行存在很大的安全因素，并且需要大規(guī)模的資金投入和技術(shù)投入。風(fēng)力發(fā)電是把風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿募夹g(shù)，通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)，利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，使用增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機(jī)發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電受到地域和運(yùn)行環(huán)境的限制，而且極大地依賴地區(qū)風(fēng)力條件。 太陽能發(fā)電是將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能的技術(shù)，利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，其中，太陽能電池?jīng)過串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)可形成大面積的太陽電池組件，再配合功率控制器等部件就形成光伏發(fā)電裝置。對(duì)于太陽能發(fā)電存在以下缺陷，第一、光電轉(zhuǎn)化率很低；第二、光伏發(fā)電需要很大的面積；第三、所需光照要求復(fù)雜；第四、光伏發(fā)電成本太高。1821年，德國科學(xué)家塞貝克(T. J. Seebeck)發(fā)現(xiàn)了塞貝克效應(yīng)，其中，塞貝克效應(yīng)是指由于兩種不同電導(dǎo)體或半導(dǎo)體的溫度差異而引起兩種物質(zhì)間的電壓差的熱電現(xiàn)象。進(jìn)一步，第二次世界大戰(zhàn)末發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體材料后，掀起了探索溫差電材料和器件的熱潮，促進(jìn)了溫差電理論和技術(shù)的發(fā)展。溫差發(fā)電器具有其它電源不具備的優(yōu)點(diǎn)，如壽命很長，應(yīng)用環(huán)境和使用熱源不受限制，特別是它可以利用所謂低級(jí)熱發(fā)電，如工業(yè)廢熱、垃圾燃燒熱、汽車排氣管的余熱，受到人們的青睞。由于溫差發(fā)電只要任何溫度的差距即可產(chǎn)生電力，特別在偏僻的野外或環(huán)境惡劣的情況下還能穩(wěn)定供電。以美國為例，溫差發(fā)電已經(jīng)廣泛應(yīng)用到國防和航天設(shè)備中。其中，在航天應(yīng)用中，當(dāng)衛(wèi)星飛往沒有陽光的星球背部時(shí)，溫差系統(tǒng)可以提供高效的后備電力；在國防方面，野戰(zhàn)軍的后勤供電需求大量的溫差發(fā)電板，而通過余熱能源回收，溫差電板可以有效地提供安靜和高效率的電力。但是，常規(guī)的溫差發(fā)電器的熱電轉(zhuǎn)換效率介于5% _10%，與其它化學(xué)和物理電源相比，溫差發(fā)電器的效率確實(shí)還較低，難以實(shí)現(xiàn)普遍性的應(yīng)用，并且不能提供足夠的電力用于大功率設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，本發(fā)明提出一種溫差發(fā)電裝置。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提出了一種熱力發(fā)電裝置，包括外殼、熱源板、電極組、電極端和散熱板，外殼為拱形結(jié)構(gòu)，下側(cè)開放，外殼的前端為熱源收集口，后端為熱源流出口，熱源流出口的截面面積小于熱源收集口的截面面積；熱源板布置在外殼的上表面上，兩個(gè)電極端包括正極端和負(fù)極端，分別布置在熱源板的一側(cè)的兩端；電極組布置在熱源板上，電極組的第一電極和最后一個(gè)電極分別布置在電極端的正極端和負(fù)極端上，電極組的各個(gè)電極分別通過頂部或者底部的導(dǎo)電金屬串聯(lián)；電極組的上面覆蓋散熱板。外殼包括左側(cè)隔壁、右側(cè)隔壁、一個(gè)或者多個(gè)隔熱條、阻熱島，其中左側(cè)隔壁和右側(cè)隔壁在熱源收集口處為條形，在熱源流出口處設(shè)計(jì)為向內(nèi)突出的弧形；隔熱條布置在左側(cè)隔壁和右側(cè)隔壁中間，起始端靠近熱源收集口處；阻熱島布置在左側(cè)隔壁和右側(cè)隔壁之間，位于隔熱條的后端。所述隔熱條為兩條，阻熱島呈橢圓形但靠近隔熱條和熱源流出口的位置均具有尖端，阻熱島的靠近隔熱條的尖端位于兩個(gè)隔熱條的中間的前方。熱源板的大小等于或者略小于外殼的上側(cè)表面；散熱板的大小或者材質(zhì)相近于熱源板；電極端的正極端和負(fù)極端分別通過導(dǎo)線連接到儲(chǔ)能裝置。電極組的第一電極布置在電極端的一個(gè)電極上，第二電極和第三電極布置在熱源 板上的導(dǎo)電金屬上形成電連接，第三電極和第四電極通過二者頂部的導(dǎo)電金屬形成電連接，第四電極和第五電極通過熱源板上的導(dǎo)電金屬形成電連接，直至最后一個(gè)電極布置在電極端的另一個(gè)電極上。左右側(cè)隔壁的靠近熱源流出口的弧形的角度設(shè)定為135±10度，整個(gè)弧形的長度是外殼總長的1/3-1/2。外殼所用材料是具有熱導(dǎo)值約250W/(m*K)的鋁，并且外殼布置凹凸表層的格局來增加覆蓋面積。電極組的正放的半導(dǎo)體電極的上端是正極，下端是負(fù)極，反放的半導(dǎo)體電極的布置則是相反的正負(fù)極；電極組集成是一個(gè)正放的正極連著反放的負(fù)極，以及反放的正極連著正放的負(fù)極，正負(fù)極以串聯(lián)方式相連接。外殼和熱源板以及熱源板和電極組通過高導(dǎo)電、導(dǎo)熱、高溶解溫度和高抗壓力的焊接材料來連接。本發(fā)明通過提供一種新的熱力收集機(jī)構(gòu)和發(fā)電裝置，提高了熱力收集的比例，減少了熱力損失；通過使用高性能半導(dǎo)體材料，進(jìn)一步提升發(fā)電效率。


圖I為根據(jù)本發(fā)明的溫差發(fā)電裝置的透視圖和側(cè)視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的溫差發(fā)電裝置的分層透視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的溫差發(fā)電裝置的外殼內(nèi)部的平面示意圖。如圖所示，為了能明確實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，在圖中標(biāo)注了特定的結(jié)構(gòu)和器件，但這僅為示意需要，并非意圖將本發(fā)明限定在該特定結(jié)構(gòu)、器件和環(huán)境中，根據(jù)具體需要，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以將這些器件和環(huán)境進(jìn)行調(diào)整或者修改，所進(jìn)行的調(diào)整或者修改仍然包括在后附的權(quán)利要求的范圍中。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的一種溫差發(fā)電裝置進(jìn)行詳細(xì)描述。
在以下的描述中，將描述本發(fā)明的多個(gè)不同的方面，然而，對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，可以僅僅利用本發(fā)明的一些或者全部結(jié)構(gòu)或者流程來實(shí)施本發(fā)明。為了解釋的明確性而言，闡述了特定的數(shù)目、配置和順序，但是很明顯，在沒有這些特定細(xì)節(jié)的情況下也可以實(shí)施本發(fā)明。在其他情況下，為了不混淆本發(fā)明，對(duì)于一些眾所周知的特征將不再進(jìn)行詳細(xì)闡述。熱力發(fā)電裝置中，熱力從熱源走向冷源，熱量擴(kuò)散的速度根據(jù)材料的導(dǎo)熱值而定。在熱力流過特定環(huán)境里生長的半導(dǎo)體材料的同時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電荷載體從高密度地區(qū)擴(kuò)散到低密度地區(qū)，電離子就會(huì)去往冷源的方向而產(chǎn)生電流。當(dāng)然，產(chǎn)生的電力的量依據(jù)材料的轉(zhuǎn)換效率和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。半導(dǎo)體熱電材料的性能取決于它的“Z”數(shù)值Z = α 2/ρ K(I)其中，“α ”是熱電材料本身的性質(zhì)，“P ”是電阻值，“κ ”是熱導(dǎo)值?？梢钥闯?，半 導(dǎo)體熱電材料的高性能取決于高的熱電性質(zhì)“ α ”和低的電阻熱導(dǎo)值。另外，“ α ”值也會(huì)因?yàn)闇夭钭兇蠖兇螅钡揭粋€(gè)峰值。要有效地讓熱電半導(dǎo)體材料產(chǎn)生電力，必須在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上達(dá)到高端的標(biāo)準(zhǔn)。在電路格局上，半導(dǎo)體必須是串聯(lián)電路的方式連接著；在熱力格局上，材料必需以并聯(lián)的方式連接著熱源和冷源。另外，需要外殼來承載外力以及均勻的吸收熱源的熱力，并且分散給內(nèi)部的半導(dǎo)體熱電材料。圖I示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的熱力發(fā)電裝置，圖IA為該熱力發(fā)電裝置的透視圖，圖IB為該熱力發(fā)電裝置的從電極組一側(cè)看去的側(cè)視圖。如圖IA所示，該熱力發(fā)電裝置包括外殼I、熱源板2、電極組3、電極端4和散熱板5。其中，如圖I所示，外殼I為拱形結(jié)構(gòu)，下側(cè)開放，布置在熱源經(jīng)過處，外殼I的前端為熱源收集口，后端為熱源流出口，熱源流出口的截面面積小于熱源收集口的截面面積。熱源板2布置在外殼I的上側(cè)表面上,熱源板2的大小等于或者略小于外殼I的上側(cè)表面。兩個(gè)電極端4分別是正極端和負(fù)極端，分別布置在熱源板2的一側(cè)的兩端。電極組3布置在熱源板2上，電極組的第一電極和最后一個(gè)電極分別布置在電極端4的正極端和負(fù)極端上。電極組3的各個(gè)電極分別通過頂部或者底部的導(dǎo)電金屬串聯(lián)。電極組3的上面覆蓋散熱板5，通常，散熱板5的大小或者材質(zhì)相近于熱源板2。電極端4的正極端和負(fù)極端可以分別通過導(dǎo)線連接到儲(chǔ)能裝置。圖2示出根據(jù)本發(fā)明的溫差發(fā)電裝置的分層透視圖，外殼機(jī)械結(jié)構(gòu)根據(jù)流動(dòng)性熱源體設(shè)計(jì)。例如，此裝置可以放在野戰(zhàn)軍用火爐和飯鍋之間，該裝置的左面會(huì)塞近火爐的中間而右邊則是火爐的周邊，火就會(huì)成為流動(dòng)熱源氣體從圖左向右的方向流動(dòng)。其中，圖2Α是外殼I去除頂表面的示意圖，或者可以視為外殼頂表面向下放置的不意圖，如圖所不，外殼I包括左側(cè)隔壁6、右側(cè)隔壁7、隔熱條8和9、阻熱島10,其中左側(cè)隔壁6和右側(cè)隔壁7在熱源收集口處為條形，在熱源流出口處設(shè)計(jì)為向內(nèi)突出的弧形。隔熱條8和9布置在左側(cè)隔壁6和右側(cè)隔壁7中間，起始端靠近熱源收集口處。圖中所示隔熱條為兩條，但是隔熱條可以是一條、兩條、二條或者多條，但是實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)選用兩隔熱條時(shí)收集熱和后端熱流效率較好。阻熱島10布置在左側(cè)隔壁6和右側(cè)隔壁7之間，位于隔熱條的后端，呈橢圓形但靠近隔熱條和熱源流出口的位置具有尖端，起到將熱流分流的作用。在具有兩個(gè)隔熱條的結(jié)構(gòu)中，阻熱島的靠近隔熱條的尖端位于兩個(gè)隔熱條的中間的前方。圖2B示出外殼I上布置熱源板2、電極端4和導(dǎo)電金屬之后的示意圖，其中，如圖2B所示，電極端2和導(dǎo)電金屬布置在熱源板2的一側(cè)。圖2C示出布置電極組3并且在電極組3上布置導(dǎo)電金屬后的示意圖，其中，電極組3的第一電極布置在電極端4的一個(gè)電極上，第二電極和第三電極布置在熱源板2上的導(dǎo)電金屬上，形成電連接，第三電極和第四電極通過二者頂部的導(dǎo)電金屬形成電連接，第四電極和第五電極通過熱源板2上的導(dǎo)電金屬形成電連接，以此類推，最后一個(gè)電極布置在電極端4的另一個(gè)電極上。圖2D示出在電極組3上布置導(dǎo)熱板5之后的示意圖，為了明確電極端4的另一個(gè)電極的位置，圖中沒有明確畫出最后一個(gè)電極在其上布置，但從文字中可以明白，電極組3的最后一個(gè)電極是布置在電極端4的另一個(gè)電極上的。圖3進(jìn)一步示出外殼內(nèi)部的結(jié)構(gòu)平面示意。如圖所示，左右側(cè)隔壁的靠近熱源流 出口的弧形的角度可以設(shè)定為135±10度，整個(gè)弧形的長度可是外殼總長的1/3-1/2。可以理解，該弧形設(shè)計(jì)可以是向內(nèi)收的直線型或者圓形，但上述角度設(shè)計(jì)的弧形效率較好。其中，對(duì)于外殼1，所選擇材料具有熱力均勻和高效率的吸收放射熱力的功能。一般地，例如選擇具有熱導(dǎo)值約250W/(m*K)的鋁為外殼材料并且布置凹凸表層的格局來增加覆蓋面積，從而使得可以有效地、均勻地?cái)U(kuò)散熱力到整個(gè)溫差裝置的熱源板2。其中，通常，熱源板是導(dǎo)熱、不導(dǎo)電的氧化鋁合金所制，材料必需是電絕緣體，以防止內(nèi)部的半導(dǎo)體發(fā)生短路情況。不過氧化鋁合金只有約50W/(m*K)的熱導(dǎo)值，在其外層覆上鋁合金可以平均分配熱量。另外，外殼I的熱源流出口處的弧形的機(jī)械設(shè)計(jì)，可以吸收火爐的放射熱能源和引導(dǎo)熱氣體從左邊入口到右邊的出口，并且有效地增加熱力吸收面積和效率。當(dāng)熱氣體因阻熱島的前端弧形的鋁而改變本來直行的路線時(shí)，熱氣體會(huì)把熱量傳導(dǎo)給高導(dǎo)熱值的金屬外殼I。當(dāng)熱氣體在阻熱島后端以及流出口處再次改變路線時(shí)，氣體熱量會(huì)再次的傳導(dǎo)給外殼。這樣，外殼可以有效地吸收熱源熱氣體的熱力并且傳導(dǎo)給熱源板2。熱的放射能會(huì)累積在電極組和電極端地區(qū)而不會(huì)直接直射到環(huán)境里。這樣，熱源的放射能也會(huì)因?yàn)橥鈿さ脑O(shè)計(jì)而大部分的吸收。對(duì)于電極組，裝置采用高端的熱力半導(dǎo)體材料來有效地發(fā)電，該材料可以選擇現(xiàn)有的熱力半導(dǎo)體材料，也可以選擇高效能半導(dǎo)體材料。其中，對(duì)于高效能半導(dǎo)體材料，不指是通過普通實(shí)驗(yàn)室里的半導(dǎo)體結(jié)晶在長時(shí)間成長所制的半導(dǎo)體材料，此熱力材料是通過固體擴(kuò)散理論而快速變成結(jié)晶體而產(chǎn)生的。另外，通過加入特種高純度元素可令熱力半導(dǎo)體減低導(dǎo)熱和電阻值。如圖IA和圖2C所示，電極組的正放的半導(dǎo)體電極的上端是正極，下端是負(fù)極，反放的半導(dǎo)體電極的布置則是相反的正負(fù)極，該裝置的電極組集成是一個(gè)正放的正極連著反放的負(fù)極，以及反放的正極連著正放的負(fù)極。使得該電極組的正負(fù)極是以串聯(lián)方式相連接。裝置的電極組的兩端的正負(fù)極布置在電極端4的一端的半導(dǎo)體材料正極和另一端的負(fù)極。對(duì)于整個(gè)裝置，可以通過一種高導(dǎo)電、導(dǎo)熱、高溶解溫度和高抗壓力的焊接材料來連接不同的半導(dǎo)體材料。另外，外殼和熱源板也是通過此類焊接材料所連接。因?yàn)楹附拥哪哿褪湛s力很高，所以在固定的溫度距離里不會(huì)因熱脹冷縮而斷裂，整個(gè)裝置的大小可以是約200毫米X 100毫米X50毫米，但該裝置的具體大小可以根據(jù)應(yīng)用環(huán)境而調(diào)整大小尺寸。最后應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以描述本發(fā)明的技術(shù)方案而不是對(duì)本技術(shù)方法 進(jìn)行限制，本發(fā)明在應(yīng)用上可以延伸為其他的修改、變化、應(yīng)用和實(shí)施例，并且因此認(rèn)為所有這樣的修改、變化、應(yīng)用、實(shí)施例都在本發(fā)明的精神和教導(dǎo)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種熱力發(fā)電裝置，包括外殼、熱源板、電極組、電極端和散熱板，其特征在于，外殼為拱形結(jié)構(gòu)，下側(cè)開放，外殼的前端為熱源收集口，后端為熱源流出口，熱源流出口的截面面積小于熱源收集口的截面面積；熱源板布置在外殼的上表面上，電極端包括正極端和負(fù)極端，分別布置在熱源板的一側(cè)的兩端；電極組布置在熱源板上，電極組的第一電極和最后一個(gè)電極分別布置在電極端的正極端和負(fù)極端上，電極組的各個(gè)電極分別通過頂部或者底部的導(dǎo)電金屬串聯(lián)；電極組的上面覆蓋散熱板。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱力發(fā)電裝置，其特征在于，外殼包括左側(cè)隔壁、右側(cè)隔壁、一個(gè)或者多個(gè)隔熱條、阻熱島，其中左側(cè)隔壁和右側(cè)隔壁在熱源收集口處為條形，在熱源流出口處為向內(nèi)突出的弧形；隔熱條布置在左側(cè)隔壁和右側(cè)隔壁中間，起始端靠近熱源收集口處；阻熱島布置在左側(cè)隔壁和右側(cè)隔壁之間，位于隔熱條的后端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱力發(fā)電裝置，其特征在于，所述隔熱條為兩條，阻熱島呈橢圓形但靠近隔熱條和熱源流出口的位置均具有尖端，阻熱島的靠近隔熱條的尖端位于兩個(gè)隔熱條的中間的前方。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱力發(fā)電裝置，其特征在于，熱源板的大小等于或者小于外殼的上側(cè)表面；散熱板的大小或者材質(zhì)相近于熱源板；電極端的正極端和負(fù)極端分別通過導(dǎo)線連接到儲(chǔ)能裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱力發(fā)電裝置，其特征在于，電極組的第一電極布置在電極端的一個(gè)電極上，第二電極和第三電極布置在熱源板上的導(dǎo)電金屬上形成電連接，第三電極和第四電極通過二者頂部的導(dǎo)電金屬形成電連接，第四電極和第五電極通過熱源板上的導(dǎo)電金屬形成電連接，直至最后一個(gè)電極布置在電極端的另一個(gè)電極上。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱力發(fā)電裝置，其特征在于，左、右側(cè)隔壁的靠近熱源流出口的向內(nèi)弧形和直邊側(cè)壁的成角設(shè)為135± 10度，整個(gè)弧形的長度是外殼總長的1/3-1/2。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱力發(fā)電裝置，其特征在于，外殼所用材料是具有熱導(dǎo)值約250W/(m*K)的鋁，并且外殼布置凹凸表層的格局來增加覆蓋面積。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱力發(fā)電裝置，其特征在于，熱源板是導(dǎo)熱、不導(dǎo)電的氧化鋁合金所制，其外層覆上鋁合金以平均分配熱量。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的熱力發(fā)電裝置，其特征在于，電極組的正放的半導(dǎo)體電極的上端是正極，下端是負(fù)極，反放的半導(dǎo)體電極的布置則是相反的正負(fù)極；電極組集成是一個(gè)正放的正極連著反放的負(fù)極，以及反放的正極連著正放的負(fù)極，以使正負(fù)極以串聯(lián)方式相連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱力發(fā)電裝置，其特征在于，外殼和熱源板以及熱源板和電極組通過高導(dǎo)電、導(dǎo)熱、高溶解溫度和高抗壓力的焊接材料連接。
全文摘要
本發(fā)明提供一種熱力發(fā)電裝置，包括外殼、熱源板、電極組、電極端和散熱板，其特征在于，外殼為拱形結(jié)構(gòu)，下側(cè)開放，外殼的前端為熱源收集口，后端為熱源流出口，熱源流出口的截面面積小于熱源收集口的截面面積；熱源板布置在外殼的上表面上，兩個(gè)電極端包括正極端和負(fù)極端，分別布置在熱源板的一側(cè)的兩端；電極組布置在熱源板上，電極組的第一電極和最后一個(gè)電極分別布置在電極端的正極端和負(fù)極端上，電極組的各個(gè)電極分別通過頂部或者底部的導(dǎo)電金屬串聯(lián)；電極組的上面覆蓋散熱板。
文檔編號(hào)H02N11/00GK102832851SQ20111016448
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2011年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月17日
發(fā)明者黃惠煒 申請(qǐng)人:黃惠煒