CN103346702A - 温差发电装置及便携式电源系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温差发电装置及便携式电源系统，该温差发电装置包括散热器、导热板、以及夹设在散热器和导热板之间的多个热电模块，其中，导热板的外表面具有吸热层。本发明的温差发电装置适用于多种热源发电、使用范围广，适于在野外单独使用或者作为便携式电源系统的充电装置使用。

Description

温差发电装置及便携式电源系统

技术领域

本发明涉及一种温差发电装置和使用该温差发电装置的便携式电源系统。

背景技术

野外及远海作业、科考、探险、救援等活动经常需要便携式电源供应，目前常用的便携式电源如蓄电池、柴油发电机或折叠光伏板等在使用上有一定的局限性。比如，蓄电池的容量有限、供电不能持续；柴油发电机携带不便、需要消耗燃料。折叠式光伏板无法在夜间使用。

温差发电是一种利用热电材料中微观粒子（电子或空穴）的迁移，将温差产生的热流直接转变为电能的新产品技术。温差发电产品使用一种固态发电技术，发电过程不含气、液循环工质，而且没有移动部件，可被制成任意大小或形状，灵活应用于各种需要场合。

由热电片特别是高密度集成工艺（LSI）制造的热电片所集成的温差发电机，体积小，功率密度大，功率可超过100W，能够满足一般的野外用电需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种温差发电装置，以满足在野外中小功率用电的需求。本发明的目的还在于提供了一种使用该温差发电装置的便携式电源系统。

为此，本发明一方面提供了一种温差发电装置，包括散热器、导热板、以及夹设在散热器和导热板之间的热电模块，其中，导热板的外表面具有吸热层。

进一步地，上述吸热层为能够吸收可见光和红外光的吸光涂层。

进一步地，上述吸光涂层包括吸收层、在吸收层的远离热电模块的一侧设置的减反射涂层和在吸收层的靠近热电模块的一侧设置的发射层。

进一步地，上述吸光涂层的远离热电模块的外侧表面形成黑体结构。

进一步地，上述散热器和导热板之间具有多个热电模块，热电模块的周边填充有绝热材料。

进一步地，上述散热器为水冷散热器或空冷散热器。

进一步地，上述散热器为板翅式、针翅式或热管式散热器。

根据本发明的另一方面，提供了一种便携式电源系统，包括根据上面所描述的温差发电装置、DC/DC变换器、充电电路、蓄电装置以及USB接口，其中，温差发电装置通过DC/DC变换器和充电电路向蓄电装置充电，USB接口与蓄电装置连接，作为对外供电的接口。

进一步地，上述便携式电源系统还包括支撑温差发电装置的支架。

进一步地，上述便携式电源系统还包括与蓄电装置连接的监控蓄电量的标识器。

与现有技术相比，本发明的温差发电装置结构简单、适用于多种热源发电、使用范围广、工作寿命长，可与炊具集成，适于在野外单独使用或者作为便携式电源系统的充电装置使用。

除了上面所描述的目的、特征、和优点之外，本发明具有的其它目的、特征、和优点，将结合附图作进一步详细的说明。

附图说明

构成本说明书的一部分、用于进一步理解本发明的附图示出了本发明的优选实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。图中：

图1是根据本发明的便携式温差发电装置的结构示意图；

图2是根据本发明的便携式温差发电装置的吸光涂层的结构示意图；

图3是根据本发明的便携式温差发电装置支撑在支架上以阳光作为热源的示意图；

图4是根据本发明的便携式温差发电装置支撑在支架上以火焰作为热源的示意图；

图5是根据本发明的便携式温差发电装置以地热作为热源的示意图；

图6是根据本发明的便携式温差发电装置的一组测试数据；以及

图7是根据本发明的便携式温差发电电源系统的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

图1是根据本发明的便携式温差发电装置的结构示意图。如图1所示，温差发电装置10包括散热器13、导热板11、以及夹设在散热器13和导热板11二者之间的热电片组12，其中，导热板11的外表面具有能够吸光并且能够吸收火焰热量的吸热层15，多个热电片的四周填充绝热材料14，热电片组12的冷端与散热器13的底面贴合，热端与导热板11贴合，在外界有热源时，导热板11的温度大于散热器13的温度，热流通过热电片组12转换为电流。为增强传热，热电片组12与导热板11及散热器13间的接触界面优选均匀涂抹一层导热硅脂。

其中，热电片一般为方块状，厚度较薄，通常仅有几毫米，不同温度区间的热电片可叠加使用，以适应较宽的温度范围。

多个热电片阵列排列，采用串联或并列方式电连接，本发明人已经做实验验证并将发表，多个热电片串并联时符合一般的电学规律，没有明显的能量内耗现象。

其中，吸热层由铜、铝或高导热材料制成。散热器可以是空冷散热器，也可以为水冷散热器，在一实施例中，水冷散热器一方面用于维持热电片两端的温差，另一方面可提供热水。

吸热层优选为吸光涂层，为多层结构，图2是本发明的便携式温差发电装置吸光涂层的结构示意图，吸光涂层包括吸收层152和在吸收层152的外表面设置的减反射涂层151和在吸收层152的背面设置的发射层153，发射层153紧贴导热板11。在一实施例中，吸收层152为黑色吸光漆，在另一实施例中吸光层152为金属氧化物例如黑钴、黑镍和黑铬等，在又一实施例中，吸收层152为金属复合陶瓷，例如W-AlN，Mo-Al2O3等。在又一实施例中，吸收层152表面通过化学刻蚀或等离子刻蚀形成黑体结构，以增强光吸收。发射层153优选为红外发射膜，镀在吸收层的背面，以减少红外反射，例如ZnO、SnO2、ITO等。减反射涂层151为单层减反射膜或多层减反射膜，例如MgF2、AL2O3、SiO2、SiO、Si3N4、AlN等。

图3是根据本发明的便携式温差发电装置支撑在支架上以阳光作为热源的示意图。如图3所示，温差发电装置10支撑在支架20上，吸光涂层15的一面朝上，正对阳光，吸收太阳辐射。可以理解，该支架可调节高度和角度，以调整至吸光涂层朝向阳光的方向。

图4是根据本发明的便携式温差发电装置支撑在支架上以火焰作为热源的示意图。如图4所示，温差发电装置10支撑在支架20上，吸光涂层的一面朝下，面对篝火，吸收火焰热量。若为水冷散热器，一方面可用于维持温差以优化驱动发电机，另一方面还可提供热水。

图5是根据本发明的便携式温差发电装置以地热作为热源的示意图。如图5所示，温差发电装置10置放在地面30上，吸光涂层15的一面与地面的间隙处涂有导热硅脂，增加热传导。

图6是根据本发明的便携式温差发电装置在不同温度使用条件下的I-V图。其中，制作了两台相同性能的样机A和样机B，两台样机A、B连接至通用的负载测试仪上，样机A和样机B的冷热端温度设定如下表一，在第一组至第四组中的每一组样机A和样机B的I-V特性基本相同。

表一

从图6中可以看出，对于热电装置来说，热端温度越高、冷热端温差越大提供的功率就相应地增加，需要指出的是，以上没有列举冷端温度在100℃以上和热端温度在300℃以上的情况，实际上冷端温度可达到100℃而热端温度可达到300℃以上。在一实施例中，热端温度为361℃，冷端温度为102.5℃。

图7是根据本发明的便携式电源系统的示意图。如图7所示，电源系统包括温差发电装置、DC/DC变换器、充电电路、蓄电装置、以及USB接口，其中，温差发电装置通过DC/DC变换器和充电电路向蓄电装置充电，USB接口与蓄电装置连接。该DC/DC变换器、充电电路、蓄电装置、USB接口、以及LED[蓄电状态]指示灯可集成于一个模块中，使用时与温差发电装置连接即可。

在一实施例中，上述电源系统还包括折叠式光伏板，其通过DC/DC变换器和充电电路向蓄电装置充电。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种温差发电装置，其特征在于，包括散热器、导热板、以及夹设在所述散热器和所述导热板之间的热电模块，其中，所述导热板的外表面具有吸热层。

2.根据权利要求1所述的温差发电装置，其特征在于，所述吸热层为能够吸收可见光和红外光的吸光涂层。

3.根据权利要求2所述的温差发电装置，其特征在于，所述吸光涂层包括吸收层、在所述吸收层的远离所述热电模块的一侧设置的减反射涂层和在所述吸收层的靠近所述热电模块的一侧设置的发射层。

4.根据权利要求2所述的温差发电装置，其特征在于，所述吸光涂层的远离所述热电模块的外侧表面形成黑体结构。

5.根据权利要求1所述的温差发电装置，其特征在于，所述散热器和所述导热板之间具有多个所述热电模块，所述热电模块的周边填充有绝热材料。

6.根据权利要求1所述的温差发电装置，其特征在于，所述散热器为水冷散热器或空冷散热器。

7.根据权利要求6所述的温差发电装置，其特征在于，所述散热器为板翅式、针翅式或热管式散热器。

8.一种便携式电源系统，其特征在于，包括根据权利要求1至7中任一项所述的温差发电装置、DC/DC变换器、充电电路、蓄电装置以及USB接口，其中，所述温差发电装置通过所述DC/DC变换器和所述充电电路向所述蓄电装置充电，所述USB接口与所述蓄电装置连接，作为对外供电的接口。

9.根据权利要求8所述的便携式电源系统，其特征在于，还包括支撑所述温差发电装置的支架。

10.根据权利要求8所述的便携式电源系统，其特征在于，还包括与所述蓄电装置连接的监控蓄电量的标识器。

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