CN116505799A - 一种电路热能回收装置及其回收方法 - Google Patents

Abstract

一种电路热能回收装置，包括壳体和电能存储器，所述壳体具有包括由导热板、散热板和发电板围成的中空腔体，所述导热板和所述散热板分别作为所述壳体上相对的两侧面，导热板和装配有电路器件的基板热传导连接，所述发电板为导体板或半导体板，且所述发电板的两端分别和所述导热板、所述散热板热传导连接，所述电能存储器和所述发电板电传导连接。该回收装置利用电路中损耗的热量发电并存储，将损耗的热能转化为可利用的电能，既实现了热能回收利用，降低能耗，又保证了电路工作环境的温度，提高电子系统工作的稳定性和可靠性。

Description

一种电路热能回收装置及其回收方法

技术领域

本发明涉及热能利用领域，尤其涉及一种电路热能回收装置及其回收方法。

背景技术

电路的效率是指电路中有源器件(指需要直流供电才能工作的器件)输出的功率与电路消耗的直流功率之比。由于有源器件自身具有一定的功率损耗，因此效率是无法达到百分之百的。这些损耗通常以热量的形式经过空气挥发、传导到电路板和腔体中耗散掉。这种损耗不仅造成了能源的浪费导致实际产生的有用能量小于提供给电路的总能量，还提高了电路工作环境的温度，降低了电子系统工作的稳定性和可靠性。

现有的技术方案都是通过提高电路效率来降低产生的焦耳热量，同时通过散热片等方式尽快耗散损耗的热量来保证电路的工作环境温度。但尚没有技术讨论如何回收利用这部分损耗的热量。

因此，针对以上缺陷，需要设置一种可以对电路损耗的能量进行回收利用的装置和方法，以解决电路损耗带来的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电路热能回收装置及其回收方法，该回收装置利用电路中损耗的热量发电并存储，将损耗的热能转化为可利用的电能，既实现了热能回收利用，降低能耗，又保证了电路工作环境的温度，提高电子系统工作的稳定性和可靠性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电路热能回收装置，包括壳体和电能存储器，所述壳体具有包括由导热板、散热板和发电板围成的中空腔体，所述导热板和所述散热板分别作为所述壳体上相对的两侧面，导热板和装配有电路器件的基板热传导连接，所述发电板为导体板或半导体板，且所述发电板的两端分别和所述导热板、所述散热板热传导连接，所述电能存储器和所述发电板电传导连接；

进一步的，所述壳体为中空长方体结构，所述导热板和所述散热板分别作为长方体的顶部和底部，所述发电板围成长方体结构的四个侧面；

进一步的，所述发电板为第一金属板，所述导热板和所述散热板为相同的第二金属板，所述第二金属板与所述第一金属板是不同的金属板，所述发电板和所述导热板的接触面以及所述发电板和所述散热板的接触面分别电传导连接至所述电能存储器的正负极；

进一步的，所述发电板为半导体板，所述导热板和所述散热板为金属板或与所述发电板不同的半导体板；

进一步的，所述发电板为热电半导体板，所述热电半导体板包括围成所述壳体侧面的N型热电半导体板和P型热电半导体板，所述N型热电半导体板和所述P型热电半导体板间存在间隙，所述N型热电半导体板和所述P型热电半导体板的两端通过绝缘板分别热传导连接至所述导热板和所述散热板，且所述N型热电半导体板和所述P型热电半导体板靠近所述导热板的一端电传导连接，所述N型热电半导体板和所述P型热电半导体靠近所述散热板的一端分别电传导连接至所述电能存储器的负极和正极；

进一步的，所述热电半导体板包括间隔排列形成所述壳体侧面的多组热电单元，所述热电单元的两端通过绝缘板分别热传导连接至所述导热板和所述散热板，每组所述热电单元包括间隔设置的N型热电半导体板和P型热电半导体板，同一组所述热电单元中的所述N型热电半导体板和所述P型热电半导体板靠近所述导热板的一端电传导连接，一组所述热电单元中的所述N型热电半导体板靠近所述散热板的一端和另一组所述热电单元中的所述P型热电半导体板靠近所述散热板的一端电传导连接，保证多组所述热电单元电传导连接至一个串联电路中；

进一步的，所述绝缘板包括陶瓷板、玻纤板和聚酰亚胺板；

进一步地，所述热电半导体板为碲化铋热电半导体板；

进一步的，所述电能存储器包括具稳压功能的蓄电池或电容器。

本发明还提供了一种基于电路热能回收装置的回收方法，包括如下步骤：

步骤一、导热板从装配有电路器件的基板上通过热传导方式获得热能；

步骤二、发电板和导热板热传导连接的一端从导热板上获得热能，使得发电板和导热板热传导连接的一端与发电板和散热板热传导的一端间存在温差，温差驱动发电板产生电能；

步骤三、电能存储器和发电板电传导连接进行电能存储。

本发明的有益效果为：

1)导热板和散热板采用相同的金属板，发电板采用和导热板不同的金属板，发电板和导热板、散热板接触的两端存在温差，使得在导热板、发电板和散热板组成的回路中产生电流，从而将损耗的热能转化为可利用的电能，既实现了热能回收利用，降低能耗，又保证了电路工作环境的温度，提高电子系统工作的稳定性和可靠性；

2)发电板采用半导体板，导热板向发电板传输热量，散热板从发电板上吸收热量，使得N型半导体和P型半导体的两端存在温差，促使N型半导体和P型半导体内部电子定向移动形成电流，从而将损耗的热能转化为可利用的电能，既实现了热能回收利用，降低能耗，又保证了电路工作环境的温度，提高电子系统工作的稳定性和可靠性。

附图说明

图1是本发明实施例1所述电路热能回收装置的结构示意图；

图2是本发明实施例1所述发电板在垂直其高度方向上的截面示意图；

图3是本发明实施例2所述电路热能回收装置的结构示意图；

图4是本发明实施例2所述发电板在垂直其高度方向上的截面示意图；

图5是本发明实施例3所述电路热能回收装置的结构示意图；

图6是本发明实施例3所述发电板在垂直其高度方向上的截面示意图；

图中：

1、电路器件；2、基板；3、发电板；4、导热板；5、散热板；6、蓄电池；7、铜板；8、玻纤板；

31、N型碲化铋热电半导体板；32、P型碲化铋热电半导体板。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

如图1所示，在本发明的一个实施例中，电路热能回收装置包括壳体和电能存储器，壳体具有包括由导热板4、散热板5和发电板3围成的中空腔体，本实施例中为了简化说明，壳体为中空长方体结构，导热板4和散热板5分别作为长方体的顶面和底面，发电板3围成长方体结构的四个侧面，腔体内放置装配有电路器件1的基板2，基板2通过导热粘接剂固定于导热板4上，发电板3为金属板或半导体板，电能存储器包括具稳压功能的蓄电池6或电容器，本实施例中为蓄电池6；

实施例1

如图1和2所示，本实施例中，发电板3为第一金属板，在垂直其高度方向的截面为方形，导热板4和散热板5为相同的第二金属板，第二金属板与第一金属板是不同的金属板，本实施例中，导热板4和散热板5均为铝合金板，发电板3为铜板，导热板4从基板2上获得热量，使得发电板3和导热板4接触的一端面为高温接触面，散热板5的温度和环境温度相同，使得发电板3和散热板5接触的一端面相对高温接触面而言为低温接触面，因发电板3和导热板4以及发电板3和散热板5的金属材质不同，因此会在发电板3的两端形成不同电势，导致由导热板4、散热板5和发电板3组成的回路中存在电流，实现温差发电，在发电板3和导热板4的接触面通过电线连接至储电池的正极，在发电板3和散热板5的接触面通过电线连接至储电池的负极，实现电能存储。

将发电板3的两端分别通过电线和蓄电池6的正负极连接，发电板3的下端固定于导热板4上，装配有电路器件1的基板2固定于导热板4上，于发电板3远离导热板4的一端固定散热板5，实现电路热能回收装置的组装，该电路热能回收装置可以得到如下回收方法：

发电板3和导热板4、散热板5接触的两端存在温差，使得在导热板4、发电板3和散热板5组成的回路中产生电流，电流接入蓄电池6中进行存储。

实施例2

如图3所示，本实施例中，导热板4和散热板5均为铝合金板，发电板3为N型碲化铋热电半导体板31和P型碲化铋热电半导体板32。N型碲化铋热电半导体板31和P型碲化铋热电半导体板32围成壳体的侧面，例如，如图4所示，N型碲化铋热电半导体板31和P型碲化铋热电半导体板32在其垂直于其高度的截面上具有“冂”形结构，N型碲化铋热电半导体板31和P型碲化铋热电半导体板32间存在间隙地相对设置，N型碲化铋热电半导体板31和P型碲化铋热电半导体板32的两端通过绝缘板(例如玻纤板8，下同)分别和导热板4、散热板5固定连接，例如采用导热粘结剂的方式(下同)，且N型碲化铋热电半导体板31和P型热电半导体板靠近导热板4的一端通过电线或导电板连接，N型碲化铋热电半导体板31靠近散热板5的一端通过电线连接至储电池的负极，P型碲化铋热电半导体靠近散热板5的一端分别通过电线连接至储电池的正极，实现电能存储。

此外，鉴于N型碲化铋热电半导体板31和P型碲化铋热电半导体板32间存在间隙，为了保证壳体侧面的封闭性，在发电板3的外侧设置绝缘围板，进一步，在绝缘围板、导热板4和散热板5的连接处设置密封胶。

N型碲化铋热电半导体板31的下端和P型碲化铋热电半导体板32的下端固定于导电板，导电板固定于玻纤板8上侧，玻纤板8下侧固定于导热板4上，装配有电路器件1的基板2固定于导热板4上，N型碲化铋热电半导体板31的上端通过电线接入蓄电池6的负极，P型碲化铋热电半导体板32的上端通过电线接入蓄电池6的正极，于N型碲化铋热电半导体板31的上端和P型碲化铋热电半导体板32的上端固定玻纤板8，玻纤板8上侧固定散热板5，于发电板3的外侧设置绝缘围板，绝缘围板上端和散热板5固定，下端和导热板4固定，在绝缘围板、导热板4和散热板5的连接处设置密封胶。该电路热能回收装置可以得到如下回收方法：

导热板4将基板2上的热量传导给N型半导体和P型半导体，散热板5对N型半导体和P型半导体进行散热，使得N型半导体和P型半导体的两端存在温差，促使N型半导体和P型半导体内部电子定向移动形成电流，电流接入蓄电池6中进行存储。

实施例3

如图5和6所示，本实施例中，导热板4和散热板5均为铝合金板，发电板3包括间隔排列围成壳体侧面的多组热电单元，热电单元的两端通过导热粘结剂固定连接玻纤板8，两块玻纤板8分别通过导热粘结剂固定于导热板4和散热板5的相对侧，每组热电单元包括间隔设置的一根柱形N型热电半导体板和一根柱形P型热电半导体板，同一组热电单元中，N型热电半导体板靠近导热板4的一端和P型热电半导体板靠近导热板4的一端通过电线或导电板(例如铜板7，下同)连接，在相邻的两组热电单元中，一组热电单元中的N型热电半导体板靠近散热板5的一端和另一组热电单元中的P型热电半导体板靠近散热板5的一端电线连接，且该种连接具有唯一性，当一组热电单元中的N型热电半导体板已经和另一组热电单元中的P型热电半导体板进行连接，那么，该N型热电半导体板不能再和其余任意一组的P型热电半导体板连接，该P型热电半导体板也不能再和其余任意一组的N型热电半导体板连接，保证多组热电单元连接成一个串联电路，最终，首个N型热电半导体板靠近散热板5的一端通过电线连入蓄电池6的负极，末个P型热电半导体板靠近散热板5的一端通过电线连入蓄电池6的正极。这种方式便于对多组线路进行管理，避免每组热电单元线路单独连入蓄电池6，导致线路繁多交错及出现短路等问题，因此，并不排除每组热电单元单独引出电线的方式。

此外，鉴于N型碲化铋热电半导体板31和P型碲化铋热电半导体板32间存在间隙，为了保证壳体侧面的封闭性，在发电板3的外侧设置绝缘围板，进一步，在绝缘围板、导热板4和散热板5的连接处设置密封胶。

一组热电单元中，N型碲化铋热电半导体板31的下端和P型碲化铋热电半导体板32的下端固定于铜板7，以此进行多组热电单元的排列设置，多组热电单元固定于玻纤板8上侧，玻纤板8下侧固定于导热板4上，装配有电路器件1的基板2固定于导热板4上，以前述方法将多组热电单元以串联方式连接，首个N型热电半导体板靠近散热板5的一端通过电线连入蓄电池6的负极，末个P型热电半导体板靠近散热板5的一端通过电线连入蓄电池6的正极，于N型碲化铋热电半导体板31的上端和P型碲化铋热电半导体板32的上端固定玻纤板8，玻纤板8上侧固定散热板5，于发电板3的外侧设置绝缘围板，绝缘围板上端和散热板5固定，下端和导热板4固定，在绝缘围板、导热板4和散热板5的连接处设置密封胶。该电路热能回收装置可以得到如下回收方法：

导热板4将基板2上的热量传导给N型半导体和P型半导体，散热板5对N型半导体和P型半导体进行散热，使得N型半导体和P型半导体的两端存在温差，促使N型半导体和P型半导体内部电子定向移动形成电流，串联后统一接入蓄电池6中进行存储。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种电路热能回收装置，包括壳体和电能存储器，其特征在于，所述壳体具有包括由导热板、散热板和发电板围成的中空腔体，所述导热板和所述散热板分别作为所述壳体上相对的两侧面，导热板和装配有电路器件的基板热传导连接，所述发电板为导体板或半导体板，且所述发电板的两端分别和所述导热板、所述散热板热传导连接，所述电能存储器和所述发电板电传导连接。

2.根据权利要求1所述的一种电路热能回收装置，其特征在于，所述壳体为中空长方体结构，所述导热板和所述散热板分别作为长方体的顶部和底部，所述发电板围成长方体结构的四个侧面。

3.根据权利要求1所述的一种电路热能回收装置，其特征在于，所述发电板为第一金属板，所述导热板和所述散热板为相同的第二金属板，所述第二金属板与所述第一金属板是不同的金属板，所述发电板和所述导热板的接触面以及所述发电板和所述散热板的接触面分别电传导连接至所述电能存储器的正负极。

4.根据权利要求1所述的一种电路热能回收装置，其特征在于，所述发电板为半导体板，所述导热板和所述散热板为金属板或与所述发电板不同的半导体板。

5.根据权利要求4所述的一种电路热能回收装置，其特征在于，所述发电板为热电半导体板，所述热电半导体板包括围成所述壳体侧面的N型热电半导体板和P型热电半导体板，所述N型热电半导体板和所述P型热电半导体板间存在间隙，所述N型热电半导体板和所述P型热电半导体板的两端通过绝缘板分别热传导连接至所述导热板和所述散热板，且所述N型热电半导体板和所述P型热电半导体板靠近所述导热板的一端电传导连接，所述N型热电半导体板和所述P型热电半导体靠近所述散热板的一端分别电传导连接至所述电能存储器的负极和正极。

6.根据权利要求4所述的一种电路热能回收装置，其特征在于，所述发电板为热电半导体板，所述热电半导体板包括间隔排列形成所述壳体侧面的多组热电单元，所述热电单元的两端通过绝缘板分别热传导连接至所述导热板和所述散热板，每组所述热电单元包括间隔设置的N型热电半导体板和P型热电半导体板，同一组所述热电单元中的所述N型热电半导体板和所述P型热电半导体板靠近所述导热板的一端电传导连接，一组所述热电单元中的所述N型热电半导体板靠近所述散热板的一端和另一组所述热电单元中的所述P型热电半导体板靠近所述散热板的一端电传导连接，保证多组所述热电单元串联。

7.根据权利要求5或6所述的一种电路热能回收装置，其特征在于，所述绝缘板包括陶瓷板、玻纤板和聚酰亚胺板。

8.根据权利要求5或6所述的一种电路热能回收装置，其特征在于，所述热电半导体板为碲化铋热电半导体板。

9.根据权利要求1所述的一种电路热能回收装置，其特征在于，所述电能存储器包括具稳压功能的蓄电池或电容器。

10.基于权利要求1、2、3、4、5、6或9任一所述电路热能回收装置的回收方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、导热板从装配有电路器件的基板上通过热传导方式获得热能；

步骤二、发电板和导热板热传导连接的一端从导热板上获得热能，使得发电板和导热板热传导连接的一端与发电板和散热板热传导的一端间存在温差，温差驱动发电板产生电能；

步骤三、电能存储器和发电板电传导连接进行电能存储。