CN103022338A - 级联温差发电器件的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种级联温差发电器件的制备方法，其特点是：步骤包括：1、焊接温差电元件的冷端；2、制备两块相同的温差发电器件，其中按-P-N-P-N-P-的间隔排列方式进行整体压接，制成由分段元件串联连接而成的两个温差发电器件，将两个温差发电器件的热端分别放置热端绝缘层上下两面；3、对两块温差发电器件进行集成，其中将两个温差发电器件中任一个N型端子和一个P型端子焊接，将每一块温差发电器件中剩余的一个N型端子和一个P型端子焊接导线。本发明采用了整体压接方式进行温差发电器件热端电极与元件之间的集成，避免了级联温差发电器件在集成过程中由于热端钎接温度较高使温差电元件的性能产生明显的衰减。
Description
技术领域
本发明属于温差发电器件制备技术领域，特别是涉及一种级联温差发电器件的制备方法。
背景技术
温差电池是一种可以将电能直接转换成热能的能量转换装置，由热源和温差发电器件组成。该电池具有结构紧凑、没有运动部件、可靠性高、不受环境条件影响等特点，是恶劣环境使用的首选电池之一。高热电转换效率是温差电池的重要指标之一，因此人们采用各种途径以达到提高温差电池热电转换效率的目的，而对温差发电器件进行级联，是提高温差电池热电转换效率的有效途径之一。
目前，级联温差发电器件多为不同使用温度的温差电元件级联，一般采用钎焊技术进行温差发电器件冷、热端以及分段温差电元件之间的集成，使用氧化铝陶瓷片作冷端绝缘层，温差发电器件冷端电极和冷端绝缘层之间采取硬连接的方式。这种制作方法能够使级联温差发电器件形成稳固的整体，外形整齐美观，但其主要缺点在于作为冷端绝缘层的氧化铝陶瓷热导率相对较低，导致级联温差发电器件冷端散热量相对减小，冷端温度无法降低到理想状态；另外，在级联温差发电器件钎焊过程中，热端的钎接温度和钎料均可能对使用温度较高的温差电元件性能造成一定程度的衰减。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种冷端散热量大，并且温差电元件性能无明显衰减的级联温差发电器件的制备方法。
本发明采用的技术方案是：
级联温差发电器件的制备方法，其特点是：包括以下制作步骤：
步骤1：焊接温差电元件的冷端
⑴分别制出尺寸和数量相同的N型温差电元件和P型温差电元件；
⑵用冷端电极将N型温差电元件和P型温差电元件焊接成N/P型分段温差电元件；
步骤2：制备两块相同的温差发电器件
⑴制出内径略大于温差电元件外径的圆桶状电极帽和长条形热端导流片；
⑵每一个热端导流片一侧点焊两个电极帽形成一个靴状的热端电极，全部电极帽内底部均放入金属箔后，将步骤1制出的每一对N/P型分段温差电元件的热端插入一个热端电极中，按-P-N-P-N-P-的间隔排列方式进行整体压接，制成由分段元件串联连接而成的两个温差发电器件，每个温差发电器件有一个N型输出端子和一个P型输出端子，将两个温差发电器件的热端分别放置热端绝缘层上下两面；
步骤3：对两块温差发电器件进行集成
将步骤2制成的两块温差发电器件的热端与热端绝缘层粘贴在一起，使用与冷端钎焊相同的焊料，两个温差发电器件中的任一个N型端子和一个P型端子，用铜带将二者焊接，最后将每一块温差发电器件中剩余的一个N型端子和一个P型端子焊接导线，即完成两块温差发电器件集成为一体的级联温差发电器件。
本发明还可以采用如下技术方案：
所述的N型分段温差电元件为PbTe-BiSeTe作为N型分段元件、所述的P型分段温差电元件为PbSnTe-BiSbTe作为P型分段元件。
所述热端导流片为Cu片，所述电极帽为Cu帽，所述冷端电极为Cu片。
所述冷端焊接为钎焊，所用的焊料为耐受温度高于380℃的PnSn焊料。
所述金属箔为镀金铝箔。
所述两块温差发电器件的冷端贴有有机聚酰亚胺薄膜。
所述热端绝缘层为天然云母片。
所述热端与热端绝缘层之间涂抹有耐高温导热硅脂。
本发明具有的优点和积极效果是：
1.本发明采用了压接方式进行温差发电器件热端电极与元件之间的集成，避免了级联温差发电器件在集成过程中由于热端钎接温度较高使温差电元件的性能产生明显的衰减。
2.本发明冷端取消了常规的陶瓷绝缘层，加强了级联温差发电器件冷端热量的疏散，扩大了级联温差发电器件的工作温差，显著提高了级联温差发电器件的整体热电转换效率。
3.本发明在分段温差电元件热端与电极帽之间放置了具有耐受温度高的软金属片，减小了二者之间的接触电阻。
4.本发明将两块相同的温差发电器件的热端相对连接，提高了压接热端的稳定和牢固程度，并且可以使用同一个热源进行热量供给，减少了热源的热功率损失。
附图说明
图1是本发明制作的级联温差发电器件的结构示意图。
图中，1-冷端电极，2-N型温差电元件，3-P型温差电元件，4-电极帽，5-热端导流片，6-热端绝缘层。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
级联温差发电器件的制备方法，包括以下制作步骤：
步骤1：焊接温差电元件的冷端
⑴分别制出尺寸和数量相同的N型温差电元件和P型温差电元件；
⑵用冷端电极将N型温差电元件和P型温差电元件焊接成N/P型分段温差电元件；
步骤2：制备两块相同的温差发电器件
⑴制出内径略大于温差电元件外径的圆桶状电极帽和长条形热端导流片；
⑵每一个热端导流片一侧点焊两个电极帽形成一个靴状的热端电极，全部电极帽内底部均放入金属箔后，将步骤1制出的每一对N/P型分段温差电元件的热端插入一个热端电极中，按-P-N-P-N-P-的间隔排列方式进行整体压接，制成由分段元件串联连接而成的两个温差发电器件，每个温差发电器件有一个N型输出端子和一个P型输出端子，将两个温差发电器件的热端分别放置热端绝缘层上下两面；
步骤3：对两块温差发电器件进行集成
将步骤2制成的两块温差发电器件的热端与热端绝缘层粘贴在一起，使用与冷端钎焊相同的焊料，两个温差发电器件中的任一个N型端子和一个P型端子，用铜带将二者焊接，最后将每一块温差发电器件中剩余的一个N型端子和一个P型端子焊接导线，即完成两块温差发电器件集成为一体的级联温差发电器件。
实施例：
如图1所示，
步骤1：焊接温差电元件的冷端
⑴分别制出六十八个外径为5.5mm，长度为15mm的圆柱状的PbTe-BiSeTe作为N型分段元件2和六十八个PbSnTe-BiSbTe作为P型分段元件3，构成分段元件的两种温差电元件之间采用熔点不低于460℃的GeSb焊料钎接而成；
⑵制出七十片尺寸为6.5mm×14mm×0.5mm的Cu片作为冷端电极1，使用耐受温度高于380℃的PnSn焊料，将一个N型分段温差电元件和一个P型分段温差电元件用一个冷端电极钎焊连接，形成一对N/P型分段温差电元件，两个元件中心距为7.5mm，共制出六十六对相同的N-P型分段温差电元件；剩余的四个冷端电极，每个电极钎接一个单个的N型或P型元件，形成两个由单个N型分段元件和两个单个P型分段元件构成的单体作为输出端子；
步骤2：制备两块相同的温差发电器件
⑴制出一百三十六个内径为5.55mm、纵深2mm的圆桶状Cu材作为电极帽4；制出六十八片尺寸为6.5mm×14mm×2.5mm的Cu片作为热端导流片5；
⑵每一个热端导流片一侧点焊两个电极帽形成一个靴状的热端电极，两个电极帽的中心距为7.55mm，共制出六十八个热端电极，全部电极帽内底部均放入厚度为0.02mm的镀金铝箔后，将步骤1制出的每一对N/P型分段温差电元件的热端插入一个热端电极中，按-P-N-P-N-P-的间隔排列方式进行整体压接，制成由三十四对分段元件串联连接而成的两个温差发电器件，每个温差发电器件有两个输出端子，一个N型和一个P型，将两个温差发电器件的热端分别放置在使用天然云母片制作的尺寸为68mm×60mm×0.1mm的热端绝缘层6上、下两面，并使N型输出端子与P型输出端子上下对正；
步骤3：对两块温差发电器件进行集成
如图1所示，将步骤2制成的两块温差发电器件的热端与热端绝缘层之间涂抹耐高温导热硅脂，将二者粘贴在一起，使用与冷端钎焊相同的焊料，两个温差发电器件中的任一个N型端子和一个P型端子，用铜带将二者焊接，最后将每一块温差发电器件中剩余的一个N型端子和一个P型端子焊接导线，即完成两块温差发电器件集成为一体的级联温差发电器件。
本发明在制造两块相同的温差发电器件过程中，热端采用压接方式，避免了热端钎焊过程中对元件造成的性能衰减；冷端取消了通常采用的陶瓷片，使冷端电极分散排列，实现软连接，加强了温差发电器件冷端热量的疏散，扩大了温差发电器件的工作温差，显著提高了本发明级联温差发电器件的整体热电转换效率；将两块相同的温差发电器件热端相对，集成为一个级联温差发电器件，提高了热端的稳定和牢固程度，并且可以使用同一个热源进行热量供给，减少了热源的热功率损失；
本发明方法制作的级联温差发电器件进行性能测试时或样品演示时，采用热导率较高的耐高温有机聚酰亚胺薄膜进行冷端绝缘处理，同时起到冷端整体集成化的作用。本发明方法制作的级联温差发电器件在热端温度502℃，工作温差463℃工作条件下，最大输出功率26.42W，热电转换效率高达8.29%。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式。这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.级联温差发电器件的制备方法，其特征在于：包括以下制作步骤：
步骤1：焊接温差电元件的冷端
⑴分别制出尺寸和数量相同的N型温差电元件和P型温差电元件；
⑵用冷端电极将N型温差电元件和P型温差电元件焊接成N/P型分段温差电元件；
步骤2：制备两块相同的温差发电器件
⑴制出内径略大于温差电元件外径的圆桶状电极帽和长条形热端导流片；
⑵每一个热端导流片一侧点焊两个电极帽形成一个靴状的热端电极，全部电极帽内底部均放入金属箔后，将步骤1制出的每一对N/P型分段温差电元件的热端插入一个热端电极中，按-P-N-P-N-P-的间隔排列方式进行整体压接，制成由分段元件串联连接而成的两个温差发电器件，每个温差发电器件有一个N型输出端子和一个P型输出端子，将两个温差发电器件的热端分别放置热端绝缘层上下两面；
步骤3：对两块温差发电器件进行集成
将步骤2制成的两块温差发电器件的热端与热端绝缘层粘贴在一起，使用与冷端钎焊相同的焊料，两个温差发电器件中的任一个N型端子和一个P型端子，用铜带将二者焊接，最后将每一块温差发电器件中剩余的一个N型端子和一个P型端子焊接导线，即完成两块温差发电器件集成为一体的级联温差发电器件。
2.根据权利要求1所述级联温差发电器件的制备方法，其特征在于：所述的N型分段温差电元件为PbTe-BiSeTe作为N型分段元件、所述的P型分段温差电元件为PbSnTe-BiSbTe作为P型分段元件。
3.根据权利要求1所述级联温差发电器件的制备方法，其特征在于：所述热端导流片为Cu片，所述电极帽为Cu帽，所述冷端电极为Cu片。
4.根据权利要求1所述级联温差发电器件的制备方法，其特征在于：所述冷端焊接为钎焊，所用的焊料为耐受温度高于380℃的PnSn焊料。
5.根据权利要求1所述级联温差发电器件的制备方法，其特征在于：所述金属箔为镀金铝箔。
6.根据权利要求1所述级联温差发电器件的制备方法，其特征在于：所述两块温差发电器件的冷端贴有有机聚酰亚胺薄膜。
7.根据权利要求1所述级联温差发电器件的制备方法，其特征在于：所述热端绝缘层为天然云母片。
8.根据权利要求1所述级联温差发电器件的制备方法，其特征在于：所述热端与热端绝缘层之间涂抹有耐高温导热硅脂。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |