CN105529954A - 温差生电装置 - Google Patents

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王宇歆
吴振旗
叶宗和
胡志明
林庭庆
崔久震
程柏叡
叶俊廷
王育儒
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介面光电股份有限公司
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Abstract

本发明提供一种温差生电装置,所述装置主要元件包括一热电薄膜元件,热电薄膜元件为根据温差产生电压值的薄膜元件,可以输出电气信号供一储电元件储存转换的能量,再以一输出电路输出电力;根据实施例,相关温差生电装置可以具有一感应外界温度的接触接口,当有温度差异时,将致使热电薄膜元件产生输出电压,装置上设有一开关,用以控制电力输出或阻断输出;输出的相关元件比如为一发光元件。

Description

温差生电装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种温差生电装置,特别是涉及利用一种可以根据温差产生电力信号的热电薄膜的温差生电装置。

背景技术

[0002] 热电效应(thermoelectric effect)是一个由温差产生电压的能量转换效应,具体地说,应用此效应的热电装置会因为装置两端的温差而产生一个电压信号;反之,当一个电压施加此热电装置上,也会产生温差。热电效应应用上可以电压改变控制温度,或是用来产生电能、测量温度。

[0003] 一般应用中,利用热电效应的热电装置中具有两种不同金属构成的回路,不同的金属导体具有不同的自由电子密度,当两种不同的金属导体相互接触时,在接触面上的电子就会扩散以消除电子密度的差异。因为电子的扩散速率与接触区的温度成正比,因此,当两种金属的连结处有温差,回路中就会产生一个温差电动势。而且,只要维持两金属导体间的温差,就能使电子持续扩散与流动,因此产生电压。

[0004] 利用上述热电效应的产品还有一种热电薄膜(thermoelectric thin film),薄膜装置中包括两种不同的金属或不同型态的半导体材料,比如P型半导体与N型半导体,可参阅图1所示的热电薄膜装置示意图。图中所示的热电薄膜装置包括一个绝缘基板10以及形成于两侧的第一导体101与第二导体102,第一导体101与第二导体102比如两种金属,或是两个态样(P型与N型)的半导体。第一导体101与第二导体102的一端连接在一起,如图示的连接部103。

[0005] 此端连接部103可以置放于高温处,而装置的另一端(也就两个导体(101、102)没有连接的一端)置放于低温处,两端一比较,高温处的导体材料具有较高的热活性(thermal activat1n)以及较高的电子与空穴密度,使得电子与空穴会向低温处扩散,使得装置内部产生电位差(electric potential difference),因而形成电压信号。此类热电薄膜可以产生能量转换的效果。

发明内容

[0006] 说明书公开了本发明所提出的温差生电装置,温差生电装置的主要元件包括一热电薄膜元件,为一根据温差产生电压值的薄膜元件,并具有一输出电气信号的电连接接口 ;接着设有一储电元件,利用电连接接口连接热电薄膜元件,储电元件用以接收电气信号,能将电气信号转换为能量而储存;以及一输出电路,可以输出储电元件所储存的能量。

[0007] 在一实施例中,温差生电装置中的热电薄膜元件设有一感应外界温度的接触接口,可以感测到外界温度,所产生的温差则致使热电薄膜元件产生电压。相关的装置上可另设有一开关,用以控制电力输出,输出端可以包括有一驱动电路,能以输出的电力驱动一负载元件,比如发光元件。

[0008] 为了能更进一步了解本发明为达到既定目的所采取的技术、方法及功效,请参阅以下有关本发明的详细说明、附图,相信本发明的目的、特征与特点,当可由此得以深入且具体的了解,然而所附附图与附件仅提供参考与说明用,并非用来对本发明加以限制。

附图说明

[0009] 图1为公知技术热电薄膜装置的结构示意图;

[0010] 图2为本发明温差生电装置的基本电路实施例方块图;

[0011] 图3为本发明温差生电装置的电路实施例示意图;

[0012] 图4为本发明温差生电装置的实施例之一示意图;

[0013] 图5为本发明温差生电装置的实施例示意图。

[0014]【附图标记说明】

[0015] 绝缘基板10 第一导体101

[0016] 第二导体102 连接部103

[0017] 热电薄膜元件201储电元件203

[0018] 输出电路205

[0019] 外壳3 接触接口 30

[0020] 热电薄膜元件301电能转换电路302

[0021] 储电元件303 开关元件304

[0022] 驱动电路305 负载元件306

[0023] 外壳4 热电薄膜元件401

[0024] 储电元件403 开关元件405

[0025] 驱动电路407 发光元件409

[0026] 温差生电装置5 接触窗501

[0027] 开关503 发光元件505

具体实施方式

[0028] 本发明说明书所公开的温差生电装置的实施方式之一是应用一种热电效应(thermoelectric effect)的热能与电能之间能量转换的技术,如席贝克效应(Seebeckeffect)、拍尔帖效应(Peltier effect)及汤姆逊效应(Thomson effect)等。其中,当两种不同性质的导体(如金属)或半导体(如P型半导体、N型半导体的组合)的端点连接形成封闭回路时,若两接点间存在一温差,即根据热电效应产生了能量转换,使得两接点间可测得电压,单位温差所产生的电压差则称为热电系数,如席贝克系数(Seebeck coefficient)。

[0029] 一般来说,温差大小、导体特性(如热电系数)、导体是否有其他物质影响、电路设计等因素都会是影响热电效应产生的电压值及热电系数大小的原因。于是,温差愈大,因为热电效应导致的电压值(电位差)愈大。

[0030] 利用上述热电效应的装置比如图2所示的本发明温差生电装置的基本电路实施例方块图。

[0031 ] 温差生电装置如图所示,主要电路元件有一热电薄膜元件201,为一根据温差产生电压值的薄膜元件,其中结构包括可以感应外界温度与内部温度差异的材料,更能依据温差而产生电气信号,并具有一输出电气信号的电连接接口。此电连接接口如一输出电压信号的电路或电连接线路,电性连接一储电元件203。

[0032] 储电元件203如一充电电池,电性连接热电薄膜元件201的电连接接口(附图以一连线表示),储电元件203用以接收电气信号,并将电气信号转换为能量而储存。

[0033] 储电元件203可以为储存电量的充电电池,当电力耗尽后,仍可以充电再使用,常见的充电电池包括超级电容、镍氢电池、镍镉电池和锂离子电池等,而本发明实施例并未限定在特定充电电池。

[0034] 当储电元件203已经储存能量,可以通过电性连接的输出电路205输出电力。根据实施例,输出电力可以驱动发光元件或是一些可以此电力驱动的负载,比如可以驱动发光二极管模块作为照明之用,可以驱动激光模块作为指示之用。其他不排除如需要小电力的车辆或房门钥匙、启动特定装置的控制器等装置。

[0035] 图3接着显示本发明温差生电装置的电路实施例示意图。

[0036] 在此实施例示意图中,温差生电装置具有外壳3,外壳上可设有一开关,与内部的开关元件304连接,供使用者操作此温差生电装置时可以通过外壳3上的开关控制电力输出。

[0037] 温差生电装置主要元件有一热电薄膜元件301,此为一种可以根据温差产生电气信号的薄膜兀件,对外设有一接触接口 30,例如外壳3上可以开个窗口,或是外壳3本身为热传导的材料,通过接触接口 30可以感应外界温度。热电薄膜元件301在接触接口 30所感应的外界温度,以及装置本身内部的温度相比之下,能感应出一个温差,而让热电薄膜元件301能根据此温差产生电气信号。

[0038] 接着,温差生电装置设有一储电元件303,用以储存能量,实际实施时,可为充电电池,或是超级电容,或是其他充电电路。装置设有一电能转换电路302,电性连接热电薄膜元件301与储电元件303,用以转换热电薄膜元件301产生的电气信号为对储电元件303充电的能量。

[0039] 电能转换电路302主要功能为将热电薄膜元件301产生的电气信号转换为供储电元件303储存的能量。作为储电元件303的控制电路的电能转换电路302可以同时具有升压充电电路、保护储存元件303的保护电路、稳压电路、直流电转换电路等。根据实施方式,电能转换电路302可根据充电程序转换电气信号为储电元件303采用的电压或电流,可随着电池电压值而修正充电电流,比如电池电压逐渐升高时就递减充电电流。

[0040] 温差生电装置设有一开关元件304,电性连接储电元件303,并连接装置外壳3上的开关,作为控制储电元件303输出电力的开关。而此开关的形式比如是设于外壳3上的指拨开关(DIP switch)、按钮开关或旋钮型式的开关,本发明实施方式亦不排除采用其他开关的形式。

[0041] 接着,温差生电装置设有一驱动电路305,驱动电路305为驱动特定负载元件306的电路,包括执行升压(或调整电压)而使电压信号适合驱动负载元件306。驱动电路305电性连接开关元件304,开关元件304用以控制电力输出或阻断输出,而驱动电路305则用以使用储电元件303输出的电力而驱动负载元件306。

[0042] 根据实施例,负载元件306比如为可利用温差生电装置输出电力驱动的元件,比如为一发光元件,发光元件可为一指示用的激光模块,或是一照明用的钨丝灯泡,或是一照明用的发光二极管模块。

[0043] 在图4所示的使用本发明温差生电装置的情境实施例示意图中,温差生电装置的外壳4内具有如上述的热电薄膜元件401的接触接口,提供用户利用手指按压在热电薄膜元件401上的一个窗口,利用体温与装置本身在室温下的温度之间的差异感应产生电气信号,再经必要的转换后成为储存在储电元件403内的能量。感应外界温度的接触接口在此实施例中为置放手指而感应手指温度的导热装置。

[0044] 开关元件405则是提供用户可以开启或阻断输出电力,包括控制对驱动电路407输出的电力,驱动电路407在此实施例中为驱动发光元件409的电路。

[0045] 温差生电装置的示意图如图5所示,图中显示的温差生电装置5设有一个接触窗501,提供使用者按压手指,能够将热导入其中热电薄膜元件,通过温差生电的技术,电能能够先储存至温差生电装置5内的储电元件。温差生电装置5设有开关503,借此控制电力输出,如控制发光元件505的启动或关闭,发光元件505如钨丝灯泡、发光二极管模块或激光模块。本发明并不排除其他可以利用本发明温差生电装置5供应电力的用途。

[0046] 值得一提的是,根据本发明温差生电装置的电路实施例,装置可根据环境温度改变而经电路转换为供应电力的电流信号,实施例包括可以直接输出此信号,或是可将电力先行储存在储电元件中;或者,储电元件是用来储存供应电力之外剩余的电力。当装置中储电元件没有足够电力供应发电时,使用者可以手指或是利用环境温度变化实时利用此装置产生电力。

[0047] 综上所述,本发明所提出的温差生电装置为利用可以根据温差产生电压信号的热电薄膜元件作为电力来源的装置,实施例之一可以提供使用者按上手指时,能根据温差产生能量,包括直接输出电力,或是可事先储存于电容器、充电电池等储电元件,并提供开关用以控制电力输出,借此使此温差生电装置适用于供应电力的用途上。

Claims (10)

1.一种温差生电装置,其特征在于,所述的装置包括: 一热电薄膜兀件,为一根据温差产生电气信号的薄膜兀件,具有一输出电气信号的电连接接口 ; 一储电元件,电性连接该热电薄膜元件的该电连接接口,用以接收该电气信号,并将电气信号转换为能量而储存;以及 一输出电路,电性连接该储电元件,用以输出电力。
2.如权利要求1所述的温差生电装置,其特征在于,该热电薄膜元件设有一感应外界温度的接触接口。
3.如权利要求2所述的温差生电装置,其特征在于,该接触接口为放置手指而感应手指温度的导热装置。
4.如权利要求1所述的温差生电装置,其特征在于,还包括一开关元件,电性连接该储电元件与该输出电路,用以控制电力输出或阻断输出。
5.一种温差生电装置,其特征在于,所述的装置包括: 一外壳,该外壳上设有一开关,该外壳内包括: 一热电薄膜元件,具有一接触接口,用以感应外界温度,该热电薄膜元件为一根据该外界温度产生的温差产生电气信号的薄膜元件; 一储电元件,用以储存能量; 一电能转换电路,电性连接该热电薄膜元件与该储电元件,用以转换该热电薄膜元件产生的电气信号为对该储电元件充电的能量; 一开关元件,电性连接该储电元件,并连接该外壳上的该开关,作为控制该储电元件输出电力的开关;以及 一驱动电路,电性连接该开关元件,用以使用该储电元件输出的电力而驱动一负载元件。
6.如权利要求5所述的温差生电装置,其特征在于,该负载元件为一发光元件。
7.如权利要求6所述的温差生电装置,其特征在于,该发光元件为一指示用的激光模块。
8.如权利要求6所述的温差生电装置,其特征在于,该发光元件为一照明用的钨丝灯泡或发光二极管模块。
9.如权利要求5所述的温差生电装置,其特征在于,该电能转换电路还包括对该储电兀件充电的一充电电路与一保护电路。
10.如权利要求5所述的温差生电装置,其特征在于,该开关于设于该外壳上的一指拨开关或一按钮开关。
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