CN111404422A - 基于半导体制冷芯片的温差发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于半导体制冷芯片的温差发电装置，其包括至少一块半导体制冷芯片、与各个半导体制冷芯片的加热端连接的加热单元和用于对半导体制冷芯片的制冷端降温的冷却单元。本发明的加热单元包括与各个半导体制冷芯片的加热端连接的导热板，各个半导体制冷芯片靠近导热板的一端设置。本发明的导热板还包括远离设置半导体制冷芯片的区域向外延伸的受热区。本发明的温差发电装置的冷却单元包括与半导体制冷芯片的制冷端连接的水箱，水箱内循环通入有冷却水。本发明的基于半导体制冷芯片的温差发电装置的热电转化效率高，结构紧凑，安装方便。
Description
技术领域
本发明属于发电装置技术领域，具体涉及一种基于半导体制冷芯片的温差发电装置。
背景技术
利用温差发电是利用热电转换材料，将热能转化成电能，虽然这种发电方式具有环保和无噪声等优点，但是，其热电转换效率低，转换成本高，因而，给其推广和在实际中的应用带来极大限制。
半导体制冷芯片是一种重要的热电转换材料，半导体制冷芯片是通过将一块N型半导体和一块P型半导体联结成热电偶，在热电偶中通过电流时，即会在热电偶的两端形成温度差。在半导体制冷芯片的制冷端和加热端之间的温差会逐渐达到一个平衡点并在一段时间内保持稳定。同样的，可利用半导体制冷芯片，在其加热端给予一定的温度，使其与制冷端之间形成一定的温差，即可在半导体制冷芯片中形成电动势，由此实现热能向电能的转换。但是，目前，在基于半导体制冷芯片并利用温差发电的装置大多停留在理论阶段，普遍存在电能转化效率低，成本高、结构复杂的缺陷，难以满足实际中的应用需求。
发明内容
为克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种基于半导体制冷芯片的温差发电装置
本发明的基于半导体制冷芯片的温差发电装置包括至少一块半导体制冷芯片，所述半导体制冷芯片具有一个制冷片输入端和一个制冷片输出端，所述温差发电装置还包括与所述半导体制冷芯片的加热端连接的加热单元，和用于对所述半导体制冷芯片的制冷端降温的冷却单元，所述加热单元包括与所述半导体制冷芯片的加热端连接的导热板，所述导热板还包括向远离所述半导体制冷芯片延伸的受热区。本发明的温差发电装置通过对半导体制冷芯片的受热区进行加热，并将热量从导热板快速而集中的传递至半导体制冷芯片的加热端，在冷却单元的作用下，对半导体制冷芯片的制冷端快速进行降温使其保持较低的温度，本发明的温差发电装置对热能的转化效率高。
进一步的，所述冷却单元包括与所述半导体制冷芯片的制冷端连接的水箱，在所述水箱内通入有循环冷却水。因而，能够确保与水箱连接的半导体制冷芯片的制冷端始终保持较低的温度。
更进一步的，所述半导体制冷芯片的数量不小于两个，在每个所述半导体制冷芯片的制冷端分别设置有一个所述水箱，且各个所述水箱相互连通。循环冷却水依次流经各个水箱并实现对各个半导体制冷芯片的制冷端进行降温。
更进一步的，所述半导体制冷芯片的数量为偶数个，各个所述半导体制冷芯片分别与所述导热板的表面相贴合设置，各个所述半导体制冷芯片分别设置于所述导热板的两侧，位于所述导热板的两侧的所述半导体制冷芯片的数量一致。因而使得本发明的温差发电装置的结构更加紧凑，并确保对热能的最大化利用。
更进一步的，各个所述半导体制冷芯片两两相对的设置于所述导热板的两侧，在每个所述半导体制冷芯片的制冷端分别设置有一个所述水箱。
更进一步的，对应于每一对相对设置的所述半导体制冷芯片设置的所述水箱通过螺栓固定连接。因而，采用这种结构，便于进行本发明的温差发电装置的安装。
更进一步的，在所述水箱的外侧壁上设置有用于设置所述螺栓的避位缺口。因而，螺栓不会突出于水箱的外侧壁，使得本发明的发电装置的整体外观简洁，结构紧凑。
更进一步的，在所述水箱内还设置有至少一根导热条。因而，能够实现半导体制冷芯片的制冷端与水箱内的冷却水快速进行热交换。
更进一步的，所述加热单元还包括用于对所述导热板的受热区加热的热源。
附图说明
图1为本发明一较佳实施例的立体结构示意图；
图2为图1中A处的局部放大示意图；
图3为本发明一较佳实施例在去掉一个水箱的壳体时的立体结构示意图。
图中：
1－半导体制冷芯片、11－电能输出接线端子、21－导热板、211－受热区、3－水箱、31－进水口、32－排水口、33－导热条、34－避位缺口、4－螺栓。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
参见附图1和2所示，本发明的基于半导体制冷芯片1的温差发电装置包括四块半导体制冷芯片1、与各个半导体制冷芯片1的加热端连接的加热单元和用于对半导体制冷芯片1的制冷端降温的冷却单元。
本发明的加热单元包括与各个半导体制冷芯片1的加热端连接的导热板21，各个半导体制冷芯片1靠近导热板21的一端设置。本发明的导热板21还包括远离设置半导体制冷芯片1的区域向外延伸的受热区211，本发明的温差发电装置的加热单元还包括用于对受热区211进行加热的热源。热源可为任意具有加热功能的元件或介质，在使用时，将受热区211与热源充分接触即可。本发明中采用高温蒸汽作为热源，在使用本发明的温差发电装置进行发电时，将导热板的受热区211置于高温蒸汽的环境下。本实施例的各个半导体制冷芯片1的加热端分别贴合的设置于导热板21的表面，并两两相对的设置于导热板21的两侧，因而，能确保对热能的最大化利用，使得本发明的温差发电装置的结构紧凑，发电效率高。
本实施例仅列举了半导体制冷芯片1的数量为四片时的结构，很显然，其也可为其他任意数量。
本发明的温差发电装置的冷却单元包括分别与各个半导体制冷芯片1的制冷端连接的水箱3，还包括与水箱3相连通的循环冷却水源，水箱3内循环通入有冷却水，由此使各个半导体制冷芯片1的制冷端处于较低的温度。并与半导体制冷芯片1的加热端形成稳定而持久的温差，进而实现持续的发电。
本实施例中对应于每个半导体制冷芯片1设置的各个水箱3通过水管35相互连通，循环冷却水能依次经过各个水箱3，在循环冷却水进入的第一个水箱3上设置有进水口31，在循环冷却水流经的最后一个水箱3上设置有排水口32，循环冷却水源分别与进水口31和排水口32相连通。参见附图3所示，在各个水箱3内还设置有至少一根导热条33，导热条33的一端位于水箱3的靠近半导体制冷芯片1的一端设置。因而，在导热条33的作用下能够使半导体制冷芯片的制冷端与水箱3内的冷却水充分进行热交换。
再次参见图2所示，在相对的设置于导热板21的两侧的半导体制冷芯片1的制冷端分别设置有一个水箱3，也即水箱3也以导热板21所在的平面为中心面对称设置。本实施例的水箱3整体为方形，在水箱3的四个拐角处分别设置有一个用于设置螺栓4的避位缺口34，相对设置的水箱3可通过螺栓4被快速固定连接。避位缺口34的结构设计既便于进行水箱3的固定，且螺栓4不会从水箱3表面突出，使得本发明的温差发电装置的结构紧凑度更好。本实施例中的水箱3的设置螺栓4处的宽度大于导热板21的宽度。
本发明的温差发电装置的每个半导体制冷芯片均具有一个制冷片输入端和一个制冷片输出端，各个半导体制冷芯片1依次串联连接，也即一个半导体制冷芯片的制冷片输出端与另一个半导体制冷芯片的制冷片输入端连接。第一个半导体制冷芯片1的制冷片输入端与最后一个半导体制冷芯片1的制冷片输出端均连接有能与负载连接的电能输出接线端子11。
利用本发明的温差发电装置，将导热板21的受热区211置于60－240℃的热蒸汽环境下，并在水箱3内循环通入16℃的冷却水时，对本发明的温差发电装置的电压和电流值进行测定。结果如表1所示，表1中“设定温度”为热蒸汽的设定温度，“实际温度”为导热板21的受热区211的表面的温度，“水温”为水箱中的循环冷却水的温度。
表1本发明的温差发电装置在不同温差下的发电功率对比
由表1的结果可看出，利用本发明的温差发电装置在导热板21的受热区211与冷却水箱内的水温的温差为44℃时，即可以使发电功率达到5W，电压超过6V，随着温差的增大，发电功率逐渐增加，在二者的温差达到200℃左右时，发电电压能超过30V，发电功率可达到接近90W，说明本发明的温差发电装置具有较高的热电转换效率。
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种基于半导体制冷芯片的温差发电装置，其特征在于，包括至少一块半导体制冷芯片，所述半导体制冷芯片具有一个制冷片输入端和一个制冷片输出端，所述温差发电装置还包括与所述半导体制冷芯片的加热端连接的加热单元，和用于对所述半导体制冷芯片的制冷端降温的冷却单元，所述加热单元包括与所述半导体制冷芯片的加热端连接的导热板，所述导热板还包括向远离所述半导体制冷芯片延伸的受热区。
2.根据权利要求1所述的基于半导体制冷芯片的温差发电装置，其特征在于，所述冷却单元包括与所述半导体制冷芯片的制冷端连接的水箱，在所述水箱内通入有循环冷却水。
3.根据权利要求2所述的基于半导体制冷芯片的温差发电装置，其特征在于，所述半导体制冷芯片的数量不小于两个，在每个所述半导体制冷芯片的制冷端分别设置有一个所述水箱，且各个所述水箱相互连通。
4.根据权利要求3所述的基于半导体制冷芯片的温差发电装置，其特征在于，所述半导体制冷芯片的数量为偶数个，各个所述半导体制冷芯片分别与所述导热板的表面相贴合设置，各个所述半导体制冷芯片分别设置于所述导热板的两侧，位于所述导热板的两侧的所述半导体制冷芯片的数量一致。
5.根据权利要求4所述的基于半导体制冷芯片的温差发电装置，其特征在于，各个所述半导体制冷芯片两两相对的设置于所述导热板的两侧，在每个所述半导体制冷芯片的制冷端分别设置有一个所述水箱。
6.根据权利要求5所述的基于半导体制冷芯片的温差发电装置，其特征在于，对应于每一对相对设置的所述半导体制冷芯片设置的所述水箱通过螺栓固定连接。
7.根据权利要求6所述的基于半导体制冷芯片的温差发电装置，其特征在于，在所述水箱的外侧壁上设置有用于设置所述螺栓的避位缺口。
8.根据权利要求2－7中任一项所述的基于半导体制冷芯片的温差发电装置，其特征在于，在所述水箱内还设置有至少一根导热条。
9.根据权利要求2－7中任一项所述的基于半导体制冷芯片的温差发电装置，其特征在于，所述加热单元还包括用于对所述导热板的受热区加热的热源。
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| CN107592035A (zh) * | 2017-10-13 | 2018-01-16 | 大连海事大学 | 一种基于温差发电以及脉动热管技术的尾气余热利用方法 |
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