CN107546318A - 热电元件 - Google Patents

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Abstract

本发明的热电元件，具有一内部充填有电解液的壳管电极，另有一芯杆电极对应伸入壳管电极内部与电解液接触，以及由至少一塞件，以构成壳管电极与芯杆电极绝缘且将壳管电极的填充口封闭的型态设于壳管电极与芯杆电极之间；当壳管电极与芯杆电极之间形成温度差异时，可透过电解质的氧化还原反应将热能直接转化为电能，进而让壳管电极及芯杆电极产生电动势；尤其，可利用壳管电极与芯杆电极之间的结构设计，提供较多的热源接触面积，甚至可采取直接浸入热源的方式使用，相对具有较佳热传导效能，以及相对较具适用性。

Description

热电元件
技术领域
本发明有关一种热电元件，特别是指一种相对具有较佳热传导效能，以及相对较具适用性的热电元件。
背景技术
热电元件因为能够在足够的温差下产生电动势，透过将热能与电能交互转换的方式以热生电，因此尤适合将此技术导入工业废热与汽车废热回收的应用，达到二氧化碳的排放减量；当然，热电元件经由通电产生将热流由冷端带至热端的逆反应时，即可产生所谓的热电致冷效果，为散热、小型冷冻器的用途。
随着热电材料的特性与热电模块发电性能的提升，在现实生活中已可见到许多使用热电元件的设备；例如：露营用的手提冷却器、露营用的小型发电柴炉、汽车内的行动冰箱、计算机的CPU散热器，甚至废热回收系统等。
目前普遍习用的热电元件，多将多组P-N热电对规则排列，置于两片氧化铝陶瓷基板之间，利用焊料将Cu金属电极与P-N热电对连结，使其构成预期的电性串联效果；然而，类似习用热电元件多以薄板、片状的型体呈现，仅能由单一平面与热源接触，且在与热源的接触型态上亦受到较多的限制，以致于普遍存在热传导效能不足，以及适用性不足等缺点。
发明内容
有鉴于此，本发明即在提供一种相对具有较佳热传导效能，以及相对较具适用性的热电元件。
为了达到上述目的，本发明的热电元件，基本上包括有：一壳管电极、一芯杆电极，以及至少一塞件；其中：该壳管电极，由导电材料加工成为具有预先设定容积空间的壳管状形体，且于其中一端形成一供装填电解液的填充口；该芯杆电极，由导电材料加工成为供对应伸入该壳管电极内部的杆状形体；该至少一塞件，以构成该壳管电极与该芯杆电极绝缘以及将该壳管电极的填充口封闭的型态设于该壳管电极与该芯杆电极之间；以及；该热电元件，且于该壳管电极内封存有同时与该壳管电极及该芯杆电极接触的电解液。
利用上述结构特征，本发明的热电元件，可在壳管电极、芯杆电极与电解液之间产生电化学反应，使当壳管电极与芯杆电极之间形成温度差异时，可透过电解质的氧化还原反应将热能直接转化为电能，进而让壳管电极及芯杆电极产生电动势，除可作为散热用途之外，更具备可额外输出电能的特性；尤其，整体热电元件可利用壳管电极与芯杆电极之间的结构设计，提供较多的热源接触面积，甚至可采取直接浸入热源的方式使用，相对具有较佳热传导效能，以及相对较具适用性。
依据上述技术特征，所述该热电元件，于该芯杆电极相对伸出该壳管电极外部的区段处，套设有一由导电材料加工制成的电极帽。
依据上述技术特征，所述该热电元件，于该芯杆电极相对伸出该壳管电极外部的区段处，套设有一由绝缘材料加工制成的绝缘套，该绝缘套且设有一供该芯杆电极的端面露出的电极接孔。
依据上述技术特征，所述该热电元件，于该芯杆电极对应伸入该壳管电极内部的区段处，套设至少一由绝缘材料加工制成的支撑垫圈。
依据上述技术特征，所述该热电元件，于该芯杆电极相对伸出该壳管电极外部的区段处，套设有一由导电材料加工制成的电极帽；以及，于该芯杆电极对应伸入该壳管电极内部的区段处，套设至少一由绝缘材料加工制成的支撑垫圈。
依据上述技术特征，所述该热电元件，于该芯杆电极相对伸出该壳管电极外部的区段处，套设有一由绝缘材料加工制成的绝缘套，该绝缘套且设有一供该芯杆电极的端面露出的电极接孔；以及，于该芯杆电极对应伸入该壳管电极内部的区段处，套设至少一由绝缘材料加工制成的支撑垫圈。
所述该电解液，为混有金属奈米粉末的奈米流体。
所述该电解液，为混有金属奈米粉末及界面活性剂的奈米流体。
所述该电解液，为混有二氧化钛、氧化锌或氧化铝其中一种金属奈米粉末的奈米流体。
所述该电解液，为混有二氧化钛、氧化锌或氧化铝其中一种金属奈米粉末及界面活性剂的奈米流体。
所述该电解液，为混有碲化铅、碲化铋、碲化镉、硅锗合金其中一种半导体奈米粉末的奈米流体。
所述该电解液，为混有石墨烯奈米粉末的奈米流体。
所述该电解液，为混有碲化铅、碲化铋、碲化镉、硅锗合金其中一种半导体奈米粉末及界面活性剂的奈米流体。
所述该电解液，为混有石墨烯奈米粉末及界面活性剂的奈米流体。
所述该电解液，为于纯水当中混入2wt%的氧化钛金属奈米粉末、2wt%的乳化剂及2wt%的分散剂的奈米流体。
所述该壳管电极由铝或其合金加工成型。
所述该芯杆电极为一碳棒。
所述该电极帽由铜或其合金加工成型。
所述该绝缘套由铁氟龙加工成型。
所述该热电元件，于负压环境下将该电解液封存于该壳管电极内部。
本发明所揭露的热电元件，除可作为散热用途，并且额外输出电能之外，更可利用壳管电极与芯杆电极之间的结构设计，提供较多的热源接触面积，甚至可采取直接浸入热源的方式使用，从而相对具有较佳热传导效能，以及相对较具适用性。尤其，整体结构设计更有助于奈米材料产生氧化还原反应的速率，以相对更为积极、可靠的手段提升整体热电元件的热效率。
附图说明
图1为本发明第一实施例的热电元件外观结构图。
图2为本发明第一实施例的热电元件结构分解图。
图3为本发明第一实施例的热电元件结构剖视图。
图4为本发明第一实施例的热电元件使用状态结构剖视图。
图5为本发明第二实施例的热电元件外观结构图。
图6为本发明第二实施例的热电元件结构分解图。
图7为本发明第二实施例的热电元件结构剖视图。
图号说明：
10用电设备
20废液排放管
21高温废液
30热电元件
31壳管电极
311容积空间
312填充口
32芯杆电极
33塞件
34电极帽
35绝缘套
351电极接孔
36支撑垫圈
37电解液。
具体实施方式
本发明即在提供一种相对具有较佳热传导效能，以及相对较具适用性的热电元件，如图1至图4所示，本发明的热电元件30，基本上包括有：一壳管电极31、一芯杆电极32，以及至少一塞件33；其中：该壳管电极31，由导电材料加工成为具有预先设定容积空间311的壳管状形体，且于其中一端形成一供装填电解液37的填充口312；于实施时，所述该壳管电极31可以由铝或其合金加工成型。
该芯杆电极32，由导电材料加工成为供对应伸入该壳管电极31内部的杆状形体；于实施时，所述该芯杆电极32可以为一碳棒。
该至少一塞件33，以构成该壳管电极31与该芯杆电极32绝缘以及将该壳管电极31的填充口312封闭的型态设于该壳管电极31与该芯杆电极32之间；以及；整体热电元件30，且于该壳管电极31内封存有同时与该壳管电极31及该芯杆电极32接触的电解液37。
原则上，本发明的热电元件30，可在壳管电极31、芯杆电极32与电解液37之间产生电化学反应，使当壳管电极31与芯杆电极32之间形成温度差异时，可透过电解质的氧化还原反应将热能直接转化为电能，进而让壳管电极31及芯杆电极32产生电动势，除可作为散热用途之外，更具备可额外输出电能的特性，可将所产生的电能传送至用电设备10或其他储电设备，将所排放的热能转换成电能回收再利用。
尤其，整体热电元件30可利用壳管电极31与芯杆电极32之间的结构设计，提供较多的热源接触面积，甚至可采取直接浸入热源的方式使用；例如，在图4所示的使用状态下，本发明的热电元件30可直接穿过废液排放管20的管壁而直接浸入其所输送的高温废液21中，除可增加与高温废液21之间的接触效果之外，更不致于受到废液排放管20的管壁阻碍，因此相对具有较佳热传导效能，以及相对较具适用性。
在上揭图1至图4所示的实施例中，本发明的热电元件30，于实施时，可如图所示，于该芯杆电极32相对伸出该壳管电极31外部的区段处，套设有一由导电材料加工制成的电极帽34，使增加整体热电元件30与应用电路之间的配线便利性；于实施时，所述该电极帽34可以由铜或其合金加工成型。
整体热电元件30，亦可如图5至图7所示，于该芯杆电极32相对伸出该壳管电极31外部的区段处，套设有一由绝缘材料加工制成的绝缘套35，该绝缘套35且设有一供该芯杆电极32的端面露出的电极接孔351，使增加整体热电元件30与应用电路之间的配线便利性及安全性；于实施时，所述该绝缘套35可以由铁氟龙加工成型。
在图5至图7所示的实施例中，整体热电元件30，于该芯杆电极32对应伸入该壳管电极31内部的区段处，套设至少一由绝缘材料加工制成的支撑垫圈36，再者，支撑垫圈36与绝缘套35可为一体成形的设计，更其支撑垫圈36设有外螺纹，壳管电极31设有内螺纹可使绝缘套35锁故于壳管电极31中，使得以提升整体热电元件30的稳定度及可靠度。
当然，整体该热电元件，不论以于该芯杆电极相对伸出该壳管电极外部的区段处，套设有一由导电材料加工制成的电极帽的结构型态呈现；或是以于该芯杆电极相对伸出该壳管电极外部的区段处，套设有一由绝缘材料加工制成的绝缘套，该绝缘套且设有一供该芯杆电极的端面露出的电极接孔的结构型态呈现，皆以于该芯杆电极对应伸入该壳管电极内部的区段处，套设至少一由绝缘材料加工制成的支撑垫圈为佳。
值得一提的是，本发明的热电元件已有实际的样品制作完成，且经过一连串的性能分析及热电性能检测试验之后，含有奈米金属粉末(颗粒)的电解液与纯水、海水相较具有较佳的热传导系数，且在实际的氧化还原反应中，因为环境温度越高，化学反应随温度增加速率会增加因此电能越高，且若压力下降，液气转换的相变化点越低，亦即壳管电极内的压力越低，其可产生的热性能相对越好。
换言之，本发明的热电元件，在上揭各种可能实施的结构型态下，所述该热电元件，以于负压环境下将该电解液封存于该壳管电极内部为佳。以及，所述该电解液，以混有金属奈米粉末的奈米流体为佳，当然又以混有金属奈米粉末及界面活性剂的奈米流体为较佳，至于所述该界面活性剂可以由预先设定比例的乳化剂及分散剂组成，主要藉由加入接口活性剂增加奈米流体的悬浮稳定性。
当然，所述该电解液，可以为混有二氧化钛、氧化锌或氧化铝其中一种金属奈米粉末的奈米流体；以及，混有碲化铅、碲化铋、碲化镉、硅锗合金其中一种半导体奈米粉末的奈米流体；再者，混有石墨烯奈米粉末的奈米流体；，为混有二氧化钛、氧化锌或氧化铝其中一种金属奈米粉末及界面活性剂的奈米流体，为混有碲化铅、碲化铋、碲化镉、硅锗合金其中一种半导体奈米粉末及界面活性剂的奈米流体，为混有石墨烯奈米粉末及界面活性剂的奈米流体。在一较佳的实施例中，所述该电解液，可以为于纯水当中混入2wt%的氧化钛金属奈米粉末、2wt%的乳化剂及2wt%的分散剂的奈米流体。
与传统习用技术相较，本发明所揭露的热电元件，除可作为散热用途，并且额外输出电能之外，更可利用壳管电极与芯杆电极之间的结构设计，提供较多的热源接触面积，甚至可采取直接浸入热源的方式使用，从而相对具有较佳热传导效能，以及相对较具适用性。尤其，整体结构设计更有助于将其用以产生氧化还原的材料奈米化，以相对更为积极、可靠的手段提升整体热电元件的热效率。

Claims (22)

1.一种热电元件，该热电元件(30)包括：一壳管电极(31)、一芯杆电极(32)，以及至少一塞件(33)；其特征在于：
该壳管电极(31)，由导电材料加工成为具有预先设定容积空间的壳管状形体，且于其中一端形成一供装填电解液(37)的填充口；
该芯杆电极(32)，由导电材料加工成为供对应伸入该壳管电极(31)内部的杆状形体；
该至少一塞件(33)，以构成该壳管电极(31)与该芯杆电极(32)绝缘以及将该壳管电极(31)的填充口封闭的型态设于该壳管电极(31)与该芯杆电极(32)之间；以及；
该热电元件(30)，于该壳管电极(31)内封存有同时与该壳管电极(31)及该芯杆电极(32)接触的电解液(37)。
2.如权利要求1所述的热电元件，其特征在于，该热电元件(30)，于该芯杆电极(32)相对伸出该壳管电极(31)外部的区段处，套设有一由导电材料加工制成的电极帽(34)。
3.如权利要求1所述的热电元件，其特征在于，该热电元件(30)，于该芯杆电极(32)相对伸出该壳管电极(31)外部的区段处，套设有一由绝缘材料加工制成的绝缘套(35)，该绝缘套(35)且设有一供该芯杆电极(32)的端面露出的电极接孔(351)。
4.如权利要求1所述的热电元件，其特征在于，该热电元件(30)，于该芯杆电极(32)对应伸入该壳管电极(31)内部的区段处，套设至少一由绝缘材料加工制成的支撑垫圈(36)。
5.如权利要求1所述的热电元件，其特征在于，该热电元件(30)，于该芯杆电极(32)相对伸出该壳管电极(31)外部的区段处，套设有一由导电材料加工制成的电极帽(34)；以及，于该芯杆电极(32)对应伸入该壳管电极(31)内部的区段处，套设至少一由绝缘材料加工制成的支撑垫圈(36)。
6.如权利要求1所述的热电元件，其特征在于，该热电元件(30)，于该芯杆电极(32)相对伸出该壳管电极(31)外部的区段处，套设有一由绝缘材料加工制成的绝缘套(35)，该绝缘套(35)且设有一供该芯杆电极(32)的端面露出的电极接孔(351)；以及，于该芯杆电极(32)对应伸入该壳管电极(31)内部的区段处，套设至少一由绝缘材料加工制成的支撑垫圈(36)。
7.如权利要求1至6其中任一所述的热电元件，其特征在于，该电解液(37)，为混有金属奈米粉末的奈米流体。
8.如权利要求1至6其中任一所述的热电元件，其特征在于，该电解液(37)，为混有金属奈米粉末及界面活性剂的奈米流体。
9.如权利要求1至6其中任一所述的热电元件，其特征在于，该电解液(37)，为混有二氧化钛、氧化锌或氧化铝其中一种金属奈米粉末的奈米流体。
10.如权利要求1至6其中任一所述的热电元件，其特征在于，该电解液(37)，为混有碲化铅、碲化铋、碲化镉、硅锗合金其中一种半导体奈米粉末的奈米流体。
11.如权利要求1至6其中任一所述的热电元件，其特征在于，该电解液(37)，为混有石墨烯奈米粉末的奈米流体。
12.如权利要求1至6其中任一所述的热电元件(30)，其特征在于，该电解液(37)，为混有二氧化钛、氧化锌或氧化铝其中一种金属奈米粉末及界面活性剂的奈米流体。
13.如权利要求1至6其中任一所述的热电元件(30)，其特征在于，该电解液(37)，为混有碲化铅、碲化铋、碲化镉、硅锗合金其中一种半导体奈米粉末及界面活性剂的奈米流体。
14.如权利要求1至6其中任一所述的热电元件(30)，其特征在于，该电解液(37)，为混有石墨烯奈米粉末及界面活性剂的奈米流体。
15.如权利要求1至6其中任一所述的热电元件(30)，其特征在于，该电解液(37)，为于纯水当中混入2wt%的氧化钛金属奈米粉末、2wt%的乳化剂及2wt%的分散剂的奈米流体。
16.如权利要求1至6其中任一所述的热电元件(30)，其特征在于，该壳管电极(31)由铝或其合金加工成型。
17.如权利要求1至6其中任一所述的热电元件(30)，其特征在于，该芯杆电极(32)为一碳棒。
18.如权利要求2或5所述的热电元件(30)，其特征在于，该电极帽(34)由铜或其合金加工成型。
19.如权利要求3或6所述的热电元件(30)，其特征在于，该绝缘套(35)由铁氟龙加工成型。
20.如权利要求1至6其中任一所述的热电元件(30)，其特征在于，该热电元件(30)，于负压环境下将该电解液(37)封存于该壳管电极(31)内部。
21.如权利要求6所述的热电元件，其特征在于，该支撑垫圈(36)与该绝缘套(35)为一体成形的设计。
22.如权利要求6所述的热电元件，其特征在于，该支撑垫圈(36)设有外螺纹，该壳管电极(31)设有内螺纹。
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