CN201122916Y - 一种温差发电器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种温差发电器，包括温差块体、烟气管道和循环冷却水管，其中烟气管道紧贴在温差块体的热端，循环冷却水管紧贴在温差块体的冷端；所述温差块体包括N型热电材料和P型热电材料，相互交替且头尾依次连接而构成“W”型热电串；所述各热电串纵向间隔排列，并在端头相互连接；各热电串的周围分布固结有固凝体。本实用新型温差发电器的温差块体性能可靠，材料成本低，并可以直接焊接，不需要另外的电极材料，可进行大规模的加工生产，从而为温差发电或温差制冷提供更好的坚实基础，以促进该项技术的应用和发展。

Description

一种温差发电器

技术领域

本实用新型涉及温差发电技术领域，尤其涉及一种温差发电器。

背景技术

能源是现代生活和发展的基础，电能是使用最为广泛、也是最为便利的能源形式。然而，如今发电的主要形式仍然是(燃料)火力发电，这些能源的使用给我们带来了便利的同时，也带来了一个全球关注的问题-污染。为此，从上个世纪90年代以来，能源转换材料的研究成为材料科学的一个研究热点。

温差发电是一种新型的发电方式，不需要使用传动部件，工作时无噪音、无排弃物，与太阳能、风能、水能等二次能源的应用一样，对环境没有污染，并且这种材料性能可靠，使用寿命长，是一种具有广泛应用前景的环境友好材料。如果将其应用于上述的大规模电厂发电或普遍的制冷器，那么我们的生活将大为改观，对国民经济的可持续发展具有重要的战略意义。上个世纪50～60年代，人们在热能和电能相互转化，特别是对电制冷方面的迫切要求，使得热电材料得到迅速发展。70年代以来，由于氟里昂制冷技术的发展，使得温差制冷和材料的研究受到冷落，并几乎陷入了停顿状态。90年代以来，由于氟里昂对环境的破坏作用已被人们普遍认识，制造无污染、无噪声的制冷剂则成为制冷技术追求的目标。同时，随着计算机技术、航天技术、超导技术以及微电子技术的发展，迫切需要小型、静态制冷且能固定安装的长寿命的制冷装置。因此，适用于制造这种装置的材料又重新引起人们的浓厚兴趣。

目前，经过半个多世纪的研究，温差发电技术正伴随着现代科学技术不断进步的步伐而逐渐走进我们的生活。采用温差制冷的冰箱不需要制冷剂和压缩机，只要提供一个直流电源就能够制冷。与传统制冷设备相比，氟里昂所带来的环境问题立刻迎刃而解。因此，世界各国均在加紧研究温差发电和温差制冷技术。

目前，国内外温差发电器其发电效率一般在5％左右，最大约12％，转换效率偏低。在制造方面，国内外温差发电器的块体所选用的材料通常是Bi₂Te₃、Sb₂Te₃，普通块体的制备工艺其步骤如下：

1、采用放电等离子烧结炉进行烧结，利用Bi₂Te₃、Sb₂Te₃制备出塞贝克系数较大的半导体热电材料；

2、切割烧结体成为所需要的规格尺寸；

3、利用电极材料(铜或者银)通过焊接将N型和P型半导体连接起来；

4、电极材料外部再连接一层导热抗氧化片，如氮化铝(AlN)；

5、利用这种方法将大量N型和P型半导体串联或并联起来，从而形成温差块体。

上述现有技术存在着以下缺陷：材料Bi₂Te₃、Sb₂Te₃、氮化铝(AlN)原料成本高，Bi、Te、Sb是有毒重金属，易污染环境，而且烧结和切割Bi₂Te₃、Sb₂Te₃成本高，Bi₂Te₃、Sb₂Te₃块体与电极材料的焊接困难，难以进行大规模生产；同时，焊接料不耐高温，易被氧化。因此，限制了温差发电器在余热发电和大规模发电方面的应用，也限制了温差发电和温差制冷技术的发展。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种性能可靠、成本低、易于加工、可进行大规模生产的温差发电器，从而为温差发电或温差制冷提供更好的坚实基础，以促进该项技术的应用和发展。

本实用新型的目的通过以下技术方案予以实现：

本实用新型提供的一种温差发电器，包括温差块体、烟气管道和循环冷却水管，其中烟气管道紧贴在温差块体的热端，循环冷却水管紧贴在温差块体的冷端；所述温差块体包括N型热电材料和P型热电材料；所述N型热电材料和P型热电材料为丝状，相互交替且头尾依次连接而构成“W”型热电丝串；所述各热电丝串纵向间隔排列，并在端头相互连接；各热电丝串的周围分布固结有固凝体。本实用新型温差发电器的温差块体采用丝状的热电材料作为N型和P型热电材料，材料成本低，并可以直接焊接，不需要另外的电极材料，可进行大规模的加工生产。采用固凝体固定热电丝串，使得温差块体具有较高的强度，并可以阻止水、气等流体渗入；同时使得温差块体的冷、热两端具有一定的隔热性。

为进一步提高各热电丝串之间绝缘的可靠性，本实用新型所述相邻两排热电丝串之间设置有绝缘件，热电丝串与绝缘件之间紧密排列；所述固凝体分布固结在各热电丝串和绝缘件的周围。

本实用新型所述每排热电丝串之间可以采用串联或并联的方式连接。

本实用新型具有以下有益效果：

(1)材料成本低，并可以直接焊接，不需要另外的电极材料，容易加工，可进行大规模的加工生产，为温差发电或温差制冷提供了更加良好和更加坚实的基础。

(2)采用固凝体固结热电丝串，能够使温差发电器具有较高的强度，并可以阻止水、气等流体渗入；同时使得温差块体的冷、热两端具有一定的隔热性。

附图说明

下面将结合实施例和附图对本实用新型作进一步的详细描述：

图1是本实用新型实施例的结构示意图；

图2是图1所示实施例中温差块体的外观示意图；

图3是图2的A-A剖视图(放大)；

图4是图2的B-B剖视图(放大)；

图5是图1所示实施例中热电丝串与绝缘件的排放示意图。

图中：温差块体1，烟气管道2，循环冷却水管3，循环冷却水入口C，循环冷却水出口D，热电丝串4，N型热电材料41，P型热电材料42，绝缘件5，固凝体6

具体实施方式

图1～图5所示为本实用新型的实施例。如图1所示，本实施例温差块体1、烟气管道2和循环冷却水管3。其中，烟气管道2紧贴在温差块体1顶部即热端，采用耐高温保温材料(如耐高温水泥)制成，并与余热烟气相连；循环冷却水管3紧贴在温差块体1底部即冷端，采用导热金属材料制成，并具有循环冷却水入口C和循环冷却水出口D。

如图2所示，温差块体1包括由N型热电材料41和P型热电材料42构成的热电丝4、绝缘件5和固凝体6。N型热电材料41和P型热电材料42为丝状，具有较高的塞贝克系数，为≥10μv/k。可以采用K型热电偶丝(以镍铝和镍铬为主要原料制成的热电偶丝)、E型热电偶丝(以镍铬和铜镍为主要原料制成的热电偶丝)、J型热电偶丝(以铁丝和铜镍丝为主要原料制成的热电偶丝)、T型热电偶丝(以铜丝和铜镍丝为主要原料制成的热电偶丝)或N型热电偶丝(镍铬硅丝和镍硅镁丝为主要原料制成的热电偶丝)。

如图3和图4所示，丝状的N型热电材料41和P型热电材料42相互交替且头尾依次连接而构成“W”型热电丝串4，该热电丝串中相隔一个连接点的各连接点位于同一直线上，因此热电丝串的连接点构成上下两条直线，且这两条直线相互平行。各热电丝串纵向排列，每排热电丝串之间或者相隔一定距离，使得排与排之间互相隔开而不接触；或者，如图5所示，相邻两排热电丝串4之间设置有绝缘件5且紧密排列，绝缘件5可以为多孔布或无孔布。每排热电丝串4之间在端头采用串联(或并联)的方式连接。固凝体6分布固结在各热电丝串4和绝缘件5的周围。

Claims (4)

1、一种温差发电器，包括温差块体(1)、烟气管道(2)和循环冷却水管(3)，其中烟气管道(2)紧贴在温差块体(1)的热端，循环冷却水管(3)紧贴在温差块体(1)的冷端；所述温差块体(1)包括N型热电材料(41)和P型热电材料(42)；其特征在于：所述N型热电材料(41)和P型热电材料(42)为丝状，相互交替且头尾依次连接而构成“W”型热电丝串(4)；所述各热电丝串(4)纵向间隔排列，并在端头相互连接；各热电丝串(4)的周围分布固结有固凝体(6)。

2、根据权利要求1所述的温差发电器，其特征在于：所述相邻两排热电丝串(4)之间设置有绝缘件(5)，热电丝串(4)与绝缘件(5)之间紧密排列；所述固凝体(6)分布固结在各热电丝串(4)和绝缘件(5)的周围。

3、根据权利要求1或2所述的温差发电器，其特征在于：所述每排热电丝串(4)之间采用串联的方式连接。

4、根据权利要求1或2所述的温差发电器，其特征在于：所述每排热电丝串(4)之间采用并联的方式连接。

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