CN101783628A - 环保热能发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明是有关于一种环保热能发电装置，主要包含一个半导体热电单元，以及与该半导体热电单元形成一电性回路的一个电路单元。该半导体热电单元具有接触冷源的一第一陶瓷层、接触热源的一第二陶瓷层、间隔布设在该第一、第二陶瓷层并且相互错开的多数个第一导体与多数个第二导体、交错排列且以串联方式导接于相对应第一、第二导体间的多数个P型半导体与多数个N型半导体，及充填在前述P型、N型半导体间的一断热材料层，前述的P型、N型半导体是接收冷、热源造成温度差而产生电流。借此，本发明利用断热材料层阻隔热能由P型、N型半导体一端部传导到另一端部，而能强化温度差，并且可以提升热电效应与发电效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种热能发电装置，特别是涉及一种可以利用温差产生电能的环保热能发电装置。
背景技术
日常生活中有许多耗费的能源生成，却又被废弃的热能，如：燃烧机产生的高温烟气、工厂排放的废热、地热......等等。如果能将这些热能善加利用，将可成为符合环保需求的再生能源。而热电材料(thermoelectric)可以将大量废热回收转为电能，且具有设备简单、无传动部件、低噪音、无排放污染、取用方便、安全可靠、寿命长、不需维修等优点，因而普遍得到日、美、欧等先进国家的重视。
请参阅图1所示，是说明一般热电半导体装置的工作原理的示意图。一般热电半导体单元1，主要是以P型半导体11、N型半导体12与金属导体13串连组成一封闭电路14。借此，当二端接点温度不同时，该回路14中就会产生电流(Seebeck效应)，并达到发电的目的。
上述现有的热能发电装置存在有以下问题：
1、依据前述，该热电半导体单元1的温差越大，所产生的电能就会越强，但是，由于P型、N型半导体11、12是分别通过金属导体13与热源相接触，因此，热能很容易由P型、N型半导体11、12的一端部传导至另一端部，不但会缩小P型半导体11、N型半导体12的温差，而且会影响热电效应，使发电效率不如预期。
2、且以往的P型、N型半导体11、12是以金属粉末经高压冲压后，直接切割成颗粒，再以锡焊(熔融温度为200℃)的方式与金属导体13焊结，因此，P型、N型半导体11、12很容易在长时间高温的环境下，有松散瓦解及脱焊的缺失。
由此可见，上述现有的热能发电装置在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新型结构的环保热能发电装置，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有的热能发电装置存在的缺陷，而提供一种新型结构的环保热能发电装置，所要解决的技术问题是使其提供一种能提升发电效率的环保热能发电装置，非常适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。依据本发明提出的一种环保热能发电装置，是与自然环境中的冷源及热源作用，其包含：至少一个半导体热电单元，具有接触冷源的一第一陶瓷层、接触热源的一第二陶瓷层、间隔布设在该第一、第二陶瓷层且相互错开的多数个第一导体与多数个第二导体、交错排列且以串联方式导接于相对应第一、第二导体间的多数个P型半导体与多数个N型半导体，及充填在前述P型、N型半导体间的一断热材料层，前述P型、N型半导体是接收冷、热源造成温度差而产生电流；以及一个电路单元，是与该半导体热电单元形成一电性回路，并具有稳定电压的一稳压器、积蓄与输出电能的一蓄电池，及转换电压的一转换器。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
较佳地，前述的环保热能发电装置，其中所述的P型半导体与N型半导体是由锑、铋粉末经高压冲压、烧结成型后，裁切成颗粒。
较佳地，前述的环保热能发电装置，其中所述的第一、第二导体分别是一种铜箔导体，前述P型半导体与N型半导体是以铜焊剂与前述第一、第二铜箔导体焊结。
较佳地，前述的环保热能发电装置，该环保热能发电装置还包含有连接热源与该半导体热电单元的一个热传单元，该热传单元具有一个真空腔体，该真空腔体内具有界定出一腔室的一个腔壁，及悬浮在该腔室内的多数个导温粒子。
较佳地，前述的环保热能发电装置，其中所述的真空腔体还具有形成在该腔壁二相对面的一第一导热面与一第二导热面，该半导体热电单元共有多数个，是分别以该第二陶瓷层贴置在该腔壁第一、第二导热面，且呈串并联组合与该电路单元形成该电性回路。
较佳地，前述的环保热能发电装置，其中所述的真空腔体还具有环绕该腔壁一外周面的且具有保温效果的一边框。
较佳地，前述的环保热能发电装置，其中所述的热传单元还具有多数个超导温管，前述超导温管与该真空腔体是相互串接。
较佳地，前述的环保热能发电装置，其中所述的热传单元还具有多数个公接头与多数个母接头，并且每一超导温管具有环绕一轴线界定出一容室的一金属环壁，以及悬浮在该容室内的多数个导温粒子，前述的公、母接头是分别封闭该环壁一端与另一端，且相邻超导温管的公、母接头用于相互对接。
较佳地，前述的环保热能发电装置，其中所述的公接头具有一螺柱，该母接头具有与该公接头螺柱螺合的一螺孔。
较佳地，前述的环保热能发电装置，其中所述的真空腔体还具有一接合部，该接合部是与该超导温管上母接头的螺孔螺合。
较佳地，前述的环保热能发电装置，其中所述的断热材料层是一种磷酸铵合成物。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上可知，为达到上述目的，依据本发明的环保热能发电装置，是与自然环境中的冷源及热源作用，包含一个半导体热电单元，及一个电路单元。该半导体热电单元具有接触冷源的一第一陶瓷层、接触热源的一第二陶瓷层、间隔布设在该第一、第二陶瓷层且相互错开的多数个第一导体与多数个第二导体、交错排列且以串联方式导接于相对应第一、第二导体间的多数个P型半导体与多数个N型半导体，及充填在前述P型、N型半导体间的一断热材料层，前述P型、N型半导体是接收冷、热源造成温度差而产生电流。该电路单元是与该半导体热电单元形成一电性回路，并具有稳定电压的一个稳压器、转换电压的一个转换器，及积蓄与输出电能的一个蓄电池。
借由上述技术方案，本发明环保热能发电装置至少具有下列优点及有益效果：本发明能借由断热材料层阻隔热能由前述P型、N型半导体一端部导热到另一端部，而能强化温度差，并可以提升热电效应与发电效率。
综上所述，本发明是有关一种环保热能发电装置，主要包含一个半导体热电单元，以及与该半导体热电单元形成一电性回路的一电路单元。该半导体热电单元具有接触冷源的一第一陶瓷层、接触热源的一第二陶瓷层、间隔布设在该第一、第二陶瓷层并且相互错开的多数个第一导体与多数个第二导体、交错排列且以串联方式导接于相对应第一、第二导体间的多数个P型半导体与多数个N型半导体，及充填在前述P型、N型半导体间的一断热材料层，前述P型、N型半导体是接收冷、热源造成温度差而产生电流。借此，利用该断热材料层阻隔热能由前述P型、N型半导体一端部传导到另一端部，而提供了一种能提升发电效率的环保热能发电装置。本发明在技术上有显著的进步，并具有明显的积极效果，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是一说明一般热电半导体装置的工作原理的示意图。
图2是说明本发明环保热能发电装置一较佳实施例的示意图。
图3是本发明环保热能发电装置该较佳实施例的一方块图。
图4是本发明环保热能发电装置该较佳实施例的一立体图。
图5是本发明环保热能发电装置该较佳实施例的一剖视图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的环保热能发电装置其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中将可清楚呈现。通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得一更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。
请参阅图2、图3及图4所示，图2是说明本发明环保热能发电装置一较佳实施例的示意图，图3是该较佳实施例的方块图，图4是该较佳实施例的立体图。本发明一较佳实施例的环保热能发电装置，是与自然环境中的冷源及热源作用，该冷源可以是溪水、海水、水库用水、地下水...等，该热源可以是工业产生的高温烟气、排放的废热、地热、温泉热......等。该环保热能发电装置，包含：多数个半导体热电单元2、一电路单元3，以及一热传单元4。
上述的半导体热电单元2，分别具有接触冷源的一第一陶瓷层21、接触热源的一第二陶瓷层22、间隔布设在该第一、第二陶瓷层21、22一内表面且相互错开的多数个第一铜箔导体23与多数个第二铜箔导体24、交错排列且以串联方式导接于相对应第一、第二铜箔导体23、24间的多数个P型半导体25与多数个N型半导体26，及充填在前述P型、N型半导体25、26间的一断热材料层27。
前述P型、N型半导体25、26，是由锑、铋粉末经高压冲压、烧结成型后，裁切成颗粒，且以铜焊剂与前述第一、第二铜箔导体23、24焊结。
该断热材料层27，是一种以注射方式注入前述P型、N型半导体25、26间的磷酸铵合成物，经离心处理后，用于均匀包覆在前述的P型、N型半导体25、26一外表面。
上述的电路单元3，是与前述呈串并联组合的半导体热电单元2形成一封闭的电性回路，并具有稳定电压的一个稳压器(DC/DC)31、积蓄与输出电能的一个蓄电池32，及转换电压的一个转换器(DC/AC)33。
请参阅图4、图5所示，图5是本发明环保热能发电装置该较佳实施例的一剖视图。上述的热传单元4，是连接热源与前述半导体热电单元2，并具有一个真空腔体40、多数个超导温管41、多数个公接头42，及多数个母接头43。
该真空腔体40，具有界定一腔室401的一腔壁402、形成在该腔壁402一端的一接合部403、形成在该腔壁402二相对面的一第一导热面404与一第二导热面405、环绕该腔壁402一外周面的且具有保温效果的一边框406，及悬浮在该腔室401内的多数个导温粒子407。该一、第二导热面404、405是供前述的半导体热电单元2贴置，且与前述的第二陶瓷层22接触。
前述超导温管41，是分别以铜、铁、高碳钢等材料制成，且长度在1-10米(m)(即公尺(M))之间，并分别具有环绕一轴线界定出一容室411的一金属环壁412，及悬浮在该容室411内的多数个导温粒子413。前述公、母接头42、43是分别以螺合焊接的方式封闭该环壁412一端与另一端，并分别具有一支螺柱421与一个螺孔431。
值得一提的是，前述的导温粒子407、413的制造方法如下：首先是将锰、钠、铍、重铬酸根......等多种无机介质，烧结研磨后与纯水(或挥发性液体如酒精)，及抑制氢、氧产生的锌、镁、钙混合成导温液体，然后，分别注入该真空腔体40的腔室401内，及前述超导温管41的容室411内，再加热该真空腔体40与前述超导温管41，使该真空腔体40与前述超导温管41内的导温液体在受热后气化成多数个悬浮的导温粒子407、413。
在使用时，可以视热源与本发明距离，螺合及串接相邻超导温管41的公、母接头42、43与该真空腔体40的接合部403，使该真空腔体3与前述超导温管41，可以由热源相互串接数十米(公尺)或数百米(公尺)。
在热传的过程中，受热后的超导温管41与真空腔体40，会通过该环壁412与该腔壁402将热能传导至前述导温粒子413、407，使该容室411与该腔室401内的导温粒子413、407在受热后产生振动，且彼此相互碰撞及释放热能，借此，该真空腔体40、前述超导温管41除了具有热传效果外，也会再额外释放热能，不但可以提升热传效率，而且可以使该真空腔体40、前述超导温管41在热能损耗极低的情形下，有效汇集热能于该真空腔体40，而可以大幅提升该真空腔体40的实体温度。
此时，热能会通过该真空腔体40腔壁402的第一、第二导热面404、405传导至前述半导体热电单元2的第二陶瓷层22，然后，利用一水箱5夹置在该真空腔体40二侧，而分别与前述半导体热电单元2的第一陶瓷层21接触，该水箱5是借由一个入水口51与一个出水口52导引前述溪水、或海水、或水库用水、或地下水循环流动。
借此，前述半导体热电单元2是以温度较低的第一陶瓷层21与前述P型、N型半导体25、26一端部接触，以及以温度较高的第二陶层22与前述P型、N型半导体25、26另一端部接触，使前述P型、N型半导体25、26在两端部接触不同温度的情形下造成温差，及在该电性回路31产生电流。
重要的是，由于前述P型、N型半导体25、26外表面形成有该断热材料层27，因此，可以阻隔热能由前述P型、N型半导体25、26一端部传导到另一端部，强化前述P型、N型半导体25、26的温度差，有效提升热电效应及发电效率。
在前述压电效应产生的过程中，该电性回路中的稳压器31可以稳定电压，供该蓄电池32储存电能，且该转换器33可以转换电压(将直流电转换为交流电)，而能适用于大众化的电器产品。
根据以上所述可知，本发明环保热能发电装置具有下列优点及功效：
1、本发明是以热传效率极佳的热传单元4串连热源，以及借由该断热材料层27阻隔热能由前述P型、N型半导体25、26的一端部传导到另一端部，借此，不但可以降低热能在传递过程中的损耗，且能强化前述P型、N型半导体25、26的温度差，而大幅提升热电效应及发电效率，使本发明还具有实用性。
2、由于前述P型、N型半导体25、26是由锑、铋粉末经高压冲压、烧结成型后，才裁切成颗粒，再以铜焊剂与前述第一、第二铜箔导体23、24焊结，因此，前述锑、铋粉末间可以烧结成一体，并且该第一、第二铜箔导体23、24与铜焊剂用于耐高温500℃以上，借此，不但可以提升结构强度，且不会有松散瓦解或脱焊的情形。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (11)
1.一种环保热能发电装置，是与自然环境中的冷源及热源作用，其特征在于其包含：
至少一个半导体热电单元，具有接触冷源的一第一陶瓷层、接触热源的一第二陶瓷层、间隔布设在该第一、第二陶瓷层且相互错开的多数个第一导体与多数个第二导体、交错排列且以串联方式导接于相对应第一、第二导体间的多数个P型半导体与多数个N型半导体，及充填在前述P型、N型半导体间的一断热材料层，前述P型、N型半导体是接收冷、热源造成温度差而产生电流；以及
一个电路单元，是与该半导体热电单元形成一电性回路，并具有稳定电压的一稳压器、积蓄与输出电能的一蓄电池，及转换电压的一转换器。
2.如权利要求1所述的环保热能发电装置，其特征在于其中所述的P型半导体与N型半导体是由锑、铋粉末经高压冲压、烧结成型后，裁切成颗粒。
3.如权利要求1所述的环保热能发电装置，其特征在于其中所述的第一、第二导体分别是一种铜箔导体，前述P型半导体与N型半导体是以铜焊剂与前述第一、第二铜箔导体焊结。
4.如权利要求1所述的环保热能发电装置，其特征在于该环保热能发电装置还包含有连接热源与该半导体热电单元的一个热传单元，该热传单元具有一个真空腔体，该真空腔体内具有界定出一腔室的一个腔壁，及悬浮在该腔室内的多数个导温粒子。
5.如权利要求4所述的环保热能发电装置，其特征在于其中所述的真空腔体还具有形成在该腔壁二相对面的一第一导热面与一第二导热面，该半导体热电单元共有多数个，是分别以该第二陶瓷层贴置在该腔壁第一、第二导热面，且呈串并联组合与该电路单元形成该电性回路。
6.如权利要求5所述的环保热能发电装置，其特征在于其中所述的真空腔体还具有环绕该腔壁一外周面的且具有保温效果的一边框。
7.如权利要求5所述的环保热能发电装置，其特征在于其中所述的热传单元还具有多数个超导温管，前述超导温管与该真空腔体是相互串接。
8.如权利要求7所述的环保热能发电装置，其特征在于其中所述的热传单元还具有多数个公接头与多数个母接头，并且每一超导温管具有环绕一轴线界定出一容室的一金属环壁，以及悬浮在该容室内的多数个导温粒子，前述的公、母接头是分别封闭该环壁一端与另一端，且相邻超导温管的公、母接头用于相互对接。
9.如权利要求8所述的环保热能发电装置，其特征在于其中所述的公接头具有一螺柱，该母接头具有与该公接头螺柱螺合的一螺孔。
10.如权利要求8所述的环保热能发电装置，其特征在于其中所述的真空腔体还具有一接合部，该接合部是与该超导温管上母接头的螺孔螺合。
11.如权利要求1所述的环保热能发电装置，其特征在于其中所述的断热材料层是一种磷酸铵合成物。
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