CN101882899B - 一种便携式半导体热能发电装置 - Google Patents

Abstract

一种便携式半导体热能发电装置，所述便携式半导体热能发电装置由所述发电机由台阶圆盘状集热器(6)，热电模块(4)，热电模块冷热面石墨纸(3)、铝型材挤压式散热器(2)、小型风扇(1)、卡扣(5)、USB接口(8)组成；贴有石墨纸的热电模块热面紧贴于台阶集热器上端面的凸台，贴有石墨纸的热电模块冷面紧贴于带风扇散热器的下端面，套在散热器上的可拆卸卡扣扣在集热器圆盘上的卡扣底座上，将散热器、热电模块和集热器牢牢扣紧，当热电发电装置置于火源(7)正上方后，集热器将热量传递给热电模块，热电模块的二个面很快形成温差，即产生电流，可给便携式电子设备供电。本发明适用于无电时利用火源发电给便携式设备充电和照明。

Description

一种便携式半导体热能发电装置

技术领域

本发明涉及一种便携式半导体热能装置发电装置，属半导体热能发电技术领域。

背景技术

随着科学技术的发展，各种照明器和随身携带的电子产品越来越丰富，人们对其依赖程度也越来越强，但在偏远的地区、野外活动或在停电等没有电源供应的情况下，这些照明器和电子产品的电源常常因为不能得到电能补充而无法使用，这就急需寻求一种替代的电能。热能发电装置所需的热能火源在偏远的地区、野外活动和停电的情况下是最常见的，而这些常见便携式设备的充电电压需求一般为0～15V。因此，开发一种以火源为热源的半导体小型热能发电装置，在没有电源供应的情况下提供0～15V电源用来照明和给便携式电子产品充电成为一种很有效的办法。

公开号CN101714765A公开了种手机冷热水充电和煤/气炉灶半导体温差发电装置，但这种装置发电能力低，也不适用于使用在偏僻缺电缺气场合。

发明内容

本发明的目的是，为了克服现有的火源热量不稳定而影响热能发电装置正常供电的不足，开发一种以火源为热源的半导体小型热能发电装置，在没有电源供应的情况下，能提供0～15V电源用来照明或给便携式电子产品充电，以解决在偏远地区和野外活动时电子产品的充电问题。

本发明的技术方案是，本发明小型便携式半导体热能发电装置由集热器，热电模块，石墨纸、散热器、小型风扇、卡扣、USB接口组成。

本发明所述的集热器是由圆盘、长方体凸台和卡扣底座组成的台阶圆盘状集热器，由铝合金冲压制成；台阶圆盘状集热器下面为圆盘底座，圆盘底座上面中部有一长方体凸台10，圆盘底座上面沿长方体长度直径方向上两端安装有相互对称的卡扣底座9；如图4和图5所示；集热器圆盘底座上的长方体凸台10用于放置热电模块，卡扣底座9用于安装卡扣5，台阶集热器圆盘底座11与火源接触。圆盘能够稳定的吸收火源的热量，阻挡火源与热电模块和散热器直接接触引起的热电模块破坏和由螺丝固定引起的热短路，同时将火源的热量稳定集中传到长方体凸台上的热电模块热面端，圆盘底座的热容量保证了温差电模块热面温度的稳定在250～300℃左右，达到了为热电模块提供稳定热量的目的。

本发明所述的散热器为铝型材挤压式散热器，上部可安装小型风扇，如图6所示，所述的散热器可选用常用的小型铝制散热器，固定在散热器上部的小风扇可选用额定电压3～12V，额定功率0.5～3W的直流电风扇，，由热电模块供电，保证了热电模块冷面温度稳定。

本发明所述的热电模块为一片或两片自制的热电组件，热电模块由二块夹有多个热电元件的陶瓷板组成，热电模块外表的电瓷板分别为冷面和热面，冷热面分别贴高导热石墨纸，冷面石墨纸与散热器紧贴，热面石墨纸与台阶状集热器紧贴，热电模块冷面和热面平行，散热器、集热器与热电模块的冷热接触面彼此平行；其温差热电模块为耐高温稳定Bi2Te3基商用热电模块，热面耐温达380℃，冷面耐温达200℃。

本发明所述的热电模块冷热两面陶瓷板贴有石墨纸，贴有石墨纸的热电模块热面紧贴于台阶集热器上端面的凸台，实现了热电模块冷热面与散热器和集热器之间的无缝连接；贴有石墨纸的热电模块冷面紧贴于散热器的下端面，套在散热器上的可拆卸卡扣扣在集热器圆盘上的卡扣底座上，将散热器、热电模块和集热器牢牢扣紧，集热器下端面放置在火源的正上方，热电模块的电源引出线接风扇和经开关接USB接口。

当热能发电装置置于火源正上方后，底部圆盘的集热器挡住火苗与热电模块及散热器直接接触的同时吸收了火源的热量，将热量传导到集热器中部凸起的长方体上来将热量传导至热电模块的热端，热电模块的冷面与带卡扣和风扇的散热器接触紧密，散热器迅速将该面的温度传输出去，这样，热电模块的二个面很快形成了温差，当温差达到一定时，热电模块即产生电流，带动散热器上的风扇转动保证冷热面温差恒定，产生电流，给便携式设备供电。

当便携式半导体热能发电装置工作时，所述发电装置置于火源上方，在带小风扇散热器的散热作用下，紧贴散热器的热电模块的这个面的温度能稳定在60～100℃左右。热电模块的热量通过热电模块本身扩散的热量很小，而采用热电模块温差发的电带动散热器上的风扇后，加快空气流动，将半导体热能发电模块冷面的热量散发出去，才能使冷面的温度稳定60～100℃左右，从而在热能发电模块的两端面产生稳定的温度差来发电。

本发明的集热器、热电模块及散热器之间的固定是通过套在散热器上的卡扣与台阶式集热器圆盘上方的卡扣底座扣在一起来固定。卡扣为不锈钢材质，采用卡扣可避免采用螺丝固定引起的热短路，同时在更换热电模块和拆卸时方便，易于调节热电发电装置的电压、功率，同时携带方便。

由于热电模块耐高温、冷热面温差达200℃、转换效率高，热电模块冷热面贴石墨纸，散热器上的卡扣与集热器之间可以将热电模块很好的固定的两者之间，体积小、拆卸方便。同时可以很方便的根据输出设备对电压的要求，直接更换热电模块的片数和型号来实现输出电压在0～15V之间调节、功率在0～20W之间调节。

本发明的优点和有益效果在于：该小型便携式半导体热能发电装置可广泛应用于无电源供应的情况下，只要火源，就能稳定的给便携式设备充电。该发电装置提供的电压稳定、功率及能量比高、无运动部件无须维护、寿命长、结构简单、拆卸方便、体积小便于携带、经济适用、使用方便。

本发明适用于无电时利用火源发电获得电力或照明。

附图说明

图1为本发明小型便携式半导体热能发电装置结构示意图；

图2为本发明小型便携式半导体热能发电装置侧视示意图；

图3为本发明小型便携式半导体热能发电装置工作框图；

图4为本发明小型便携式半导体热能发电装置集热器俯视图；

图5为本发明小型便携式半导体热能发电装置集热器左视图；

图6为本发明小型便携式半导体热能发电装置散热器俯视图；

图7为本发明小型便携式半导体热能发电装置散热器主视图；

图8为本发明小型便携式半导体热能发电装置散热器上卡扣主视图；

图9为本发明小型便携式半导体热能发电装置散热器上卡扣左视图；

图10为本发明小型便携式半导体热能发电装置散热器上卡扣俯视图；

图中：1风扇；2散热器；3石墨纸；4热电模块；5卡扣；6台阶圆盘状集热器；7火焰热源；8USB接口；9卡扣底座；10集热器底座上的长方体凸台；11集热器圆盘底座。

具体实施方式：

实施例1：

本发明实施例为制备小型便携式半导体热电发电装置的具体实施方式：

本实施例采用的零部件由热电模块4、台阶圆盘状集热器6、散热器2、小型风扇1、卡扣5和石墨纸3和USB接口8等组成。

(1)集热器以导热系数高的铝合型材为原料，加工成台阶圆盘状集热器。台阶状集热器的底座为圆盘形，圆盘底座11另一面的中心为长方体凸台10，沿长方体长度直径方向上两端安装有相互对称的卡扣底座9；其中圆盘为直径62mm、厚度5mm；长方体为84mm、宽43mm、高5mm，如图4和图5所示。圆盘底座的面积挡住火源与热电模块和散热器直接接触导致的热短路和对热电模块损坏的同时将火源的热量集中传到圆盘上面中心的长方体凸台上，保证了热电模块热面温度的稳定，同时在圆盘上焊接上卡扣底座；

(2)散热器选用台式电脑CPU上的散热器，在散热器上套上卡扣，同时用螺丝固定大小为70×70×25mm额定电压5V，额定功率为0.5W的小型直流电风扇在散热器上，如图6所示。小风扇所需电源通过热电模块产生的电来带动，无需额外电源，保证了热电模块冷面温度稳定在60～100℃左右；选用台式电脑CPU上的散热器体积小、无需开模、价格便宜。

(3)采用的热电模块设计为一片型号为TEP1-12635-3.4的热电电组件组成，每片组件大小为35mm×35mm×4.2mm，由126对大小为1.3mm×1.3mm×2mm的粒子制成，其所用原料相当于单片常用半导体制冷片TEC1-12703，达到了降低器件成本的目的；热电模块冷热面分别贴高导热石墨纸来实现与散热器和集热器之间的无缝连接，保证了热电模块与集热器和散热器之间良好的导热和保护热电模块在拆卸的过程中不会被损坏。同时该器件为耐高温稳定Bi2Te3基商用热电模块，热面耐温达380℃、冷面耐温达200℃；才能在火源(瓦斯炉、柴草燃烧等)为热源下的夏天集热器温度为300℃的条件下稳定工作，冷端100℃条件下，单片能提供7V电压和3W的功率，产生的电能足够通过USB接口给小型便携式电器如手机、Mp4、Iphone等充电和照明。

(4)散热器上自带的卡扣与集热器上的卡扣底座将热电模块固定在散热器上和集热器之间，避免了更换热电模块和拆卸方便，易于调节电压功率和携带。

实施例2：

以下是制备小型便携式半导体热电发电装置的另一个实施方式：

本实施例采用的零部件由热电模块4、台阶圆盘状集热器6、散热器2、小型风扇1、卡扣5和石墨纸3和USB接口8等组成。

(1)集热器以导热系数高的铝合型材为原料，加工成台阶圆盘状集热器，台阶圆盘状集热器的底座为圆盘形，圆盘底座11上面的中心为长方体凸台10，沿长方体长度直径方向上两端安装有相互对称的卡扣底座9；其中圆盘为直径65mm、厚度8mm；长方体为长84mm、宽43mm、高5mm，如图4和图5所示。圆盘底座的面积挡住火源与热电模块和散热器直接接触导致的热短路和对热电模块损坏的同时将火源的热量集中传到圆盘另一面中心的长方体凸台上，保证了热电模块热面温度的稳定，同时在圆盘上焊接上卡扣底座；

(2)散热器选用台式电脑CPU上的散热器，在散热器上套上卡扣，同时用螺丝固定大小为70×70×25mm³额定电压12V，额定功率1.5W的小风扇在散热器上，如图6所示。小风扇所需电源通过热电模块产生的电来带动，无需额外电源，保证了热电模块冷面温度稳定在60～100℃左右；选用台式电脑CPU上的散热器体积小、无需开模、价格便宜。

(3)采用的热电模块设计为两片型号为TEHP1-1264-0.8的热电组件组成，每片组件大小为40mm×40mm×3.5mm，由126对大小为1.47mm×1.47mm×1.3mm的粒子制成，其所用原料相当于单片常用半导体制冷片TEC1-12703的2倍，达到了降低器件成本的目的；热电模块冷热面分别贴高导热石墨纸来实现与散热器和集热器之间的无缝连接，保证了热电模块与集热器和散热器之间良好的导热和保护热电模块在拆卸的过程中不会被损坏。同时该器件为耐高温稳定Bi2Te3基商用热电模块，热面耐温达380℃、冷面耐温达200℃；才能在火源(瓦斯炉、木材燃烧等)为热源下的夏天集热器温度为300℃的条件下稳定工作，冷端100℃条件下，单片能提供14V电压和10W的功率，产生的电能足够通过USB接口给小型便携式电器照明和给电脑等充电。

(4)散热器上自带的卡扣与集热器上的卡扣底座将热电模块固定在散热器上和集热器之间，避免了更换热电模块和拆卸方便，易于调节电压功率和携带。

得到小型便携式半导体热电发电装置可广泛应用于无电源供应的情况下，只要火源，就能稳定的给便携式设备充电。该发电装置提供的电压稳定、功率及能量比高、无运动部件无须维护、寿命长、结构简单、拆卸方便、体积小便于携带、经济适用、使用方便。大大减低了热电发电应用的使用成本和扩展热电发电的使用领域。

Claims (6)

1.一种便携式半导体热能发电装置，由集热器，热电模块，石墨纸、散热器、小型风扇、卡扣、USB接口组成；其特征在于，

所述集热器是由圆盘、长方体凸台和卡扣底座组成的台阶圆盘状集热器，由高导热金属制成；台阶圆盘状集热器下面为圆盘底座，圆盘底座上面中部有一长方体凸台，圆盘底座上面沿长方体长度直径方向上两端安装有相互对称的卡扣底座；长方体凸台用于放置热电模块，卡扣底座用于安装卡扣，圆盘能够稳定的吸收火源的热量，阻挡火源与热电模块和散热器直接接触引起的热电模块破坏和由螺丝固定引起的热短路，将火源的热量稳定集中传到长方体凸台上的热电模块热面端；

所述的散热器为铝型材挤压式的散热器，散热器上部可安装电风扇，下部为带散热筋的散热器；

所述的温差电模块为耐高温稳定的Bi₂Te₃基商用热电模块，热面耐温达380℃、冷面耐温达200℃。

所述热电模块冷热两面陶瓷板贴有高导热石墨纸，贴有石墨纸的热电模块热面紧贴于集热器上端面的凸台，贴有石墨纸的热电模块冷面紧贴于散热器的下端面，实现了热电模块冷热面与散热器和集热器之间的无缝连接；套在散热器上的可拆卸卡扣扣在集热器圆盘上的卡扣底座上，将散热器、热电模块和集热器牢牢扣紧，集热器下端面放置在火源的正上方；热电模块的电源引出线接风扇和经开关接USB接口；

2.根据权利要求1所述的一种便携式半导体热能发电装置，其特征在于，所述的热电模块冷面和热面平行，散热器、集热器与热电模块的冷热接触面彼此平行。

3.根据权利要求1所述的一种便携式半导体热能发电装置，其特征在于， 所述的台阶圆盘状集热器、热电模块及散热器之间的固定通过套在散热器上的卡扣与台阶式集热器圆盘上方的卡扣底座扣在一起来固定，避免了螺丝固定引起的热短路，同时更换热电模块和拆卸方便，易于调节热能发电装置的电压、功率，同时携带方便。

4.根据权利要求1所述的一种便携式半导体热能发电装置，其特征在于，所述的散热器上安装的风扇选用电压额定电压3～12V，额定功率0.5～5W的电风扇，由热电模块供电，保证了热电模块冷面温度稳定。

5.根据权利要求1所述的一种便携式半导体热能发电装置，其特征在于，所述热电模块紧贴台阶式集热器凸起处，热面的温度稳定在250～300℃，热电模块冷面紧贴散热器冷面的温度稳定在60～100℃。

6.根据权利要求1所述的一种便携式半导体热能发电装置，其特征在于，所述便携式半导体热能发电装置通过直接更换热电模块的片数和规格来实现输出电压在0～15V之间调节、功率在0～20W之间调节，通过USB接口给不同的便携式设备充电和照明。 

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