CN204290782U - 垂直式或水平式的高功率多用途热电器件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型揭示了一种垂直式或水平式的高功率多用途热电器件，包括集热器、导热装置、散热器和夹设在导热装置和散热器之间的温差发电层，温差发电层包括热端、冷端和位于热端、冷端之间的热电模块，集热器储热且通过导热装置将热量传输给温差发电层的热端，温差发电层的冷端连接散热器。本实用新型的输出作为便利的电源，可填补可穿戴电子技术能源的一些空白，结构简单、使用范围广、工作寿命长，可与炊具集成，适于在野外单独使用或者作为便携式电源系统的充电装置使用。
Description
技术领域
本实用新型涉及温差发电技术领域，尤其是涉及一种垂直式或水平式的高功率多用途热电器件。
背景技术
传统的燃料能源正在一天天减少，它对环境造成的危害日益突出。当今，全世界都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能够改变人类的能源结构，提供可持续发展的能源，也可解决分布式发电的下乡问题。
发电技术的演变历史包括传统的水轮驱动的涡轮发电机、蒸汽驱动的发电机、内燃机发电发动机、天然气驱动的涡轮发电机，烧煤的涡轮发电机和原子能驱动的蒸汽涡轮发电机。所有上述这些发电设备都会导致巨大的环境破坏，如：洪水泛滥、空气或水污染。就这些环保问题，我们必须想办法做地球的减法节能减排工作，使其满足宏观环境环保的能源要求。
温差发电是一种利用热电材料中微观粒子（电子或空穴）的迁移，将温差产生的热流直接转变为电能的新技术。在野外及远海作业、科考、探险、救援等活动中，经常需要便携式电源供应，目前常用的便携式电源如蓄电池、柴油发电机或折叠光伏板等在使用上都有一定的局限性。比如，蓄电池的容量有限、供电不能持续；柴油发电机携带不便、需要消耗燃料；折叠式光伏板无法在夜间使用。
而温差发电是一种固态发电技术，发电过程不含气、液循环工质，而且没有移动部件，可被制成任意大小或形状，灵活应用于各种需要场合。由热电芯片特别是高密度集成工艺（LSI）制造的热电芯片所集成的温差发电机，体积小，功率密度大，单芯片功率可超过100W，能够满足一般的野外用电需求。
但是，目前还未研究出一种可穿戴的温差发电装置来填补可穿戴电子技术能源的空白。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种垂直式或水平式的高功率多用途热电器件，可提供便利电源，以适于在野外单独使用或者作为便携式电源系统的充电装置使用。
为实现上述目的，本实用新型提出如下技术方案：一种垂直式或水平式的高功率多用途热电器件，包括集热器、导热装置、散热器和夹设在导热装置和散热器之间的温差发电层，所述温差发电层包括热端、冷端和位于所述热端、冷端之间的热电模块，所述集热器储热且通过所述导热装置将热量传输给所述温差发电层的热端，所述温差发电层的冷端连接所述散热器。
优选地，所述导热装置包括导热基座，所述温差发电层的热端与所述导热装置的导热基座连接。
优选地，所述温差发电层的热端和冷端的位置为上下相对设置或为左右相对设置。
优选地，所述温差发电层外固定有石棉框架。
优选地，所述温差发电层的热端采用高导热性材料制作而成，所述高导热性材料为紫铜或铍铜。
优选地，所述温差发电层的冷端采用板翅片式结构，且所述温差发电层的冷端的面积大于或等于所述温差发电层的热电模块的面积。
优选地，所述热电模块包括衬底和由复数热电组元叠加形成的热电阵列，所述热电组元之间具有间隔材料，每个所述热电组元由P型和N型两种相异的热电半导体材料热电臂配对组成，两种所述热电臂的一端在所述衬底的表面通过导电体连接。
优选地，所述衬底材料为京瓷AN242型号陶瓷片，所述间隔材料为京瓷GL771型号。
优选地，所述热电器件还包括电压转换器和电路连接部，所述温差发电层发出的电经过所述电压转换器进行转换后输出给所述电路连接部进行输出。
优选地，所述电路连接部包括内部储能装置和外部人机接口，所述内部储能装置包括充电电路和蓄电池，所述外部人机接口包括LED灯接口和USB接口。
本实用新型的有益效果是：本实用新型垂直式或水平式的高功率多用途热电器件的输出作为便利的电源，可填补可穿戴电子技术能源的一些空白，结构简单、使用范围广、工作寿命长，可与炊具集成，适于在野外单独使用或者作为便携式电源系统的充电装置使用。
附图说明
图1是本实用新型中热电器件结构示意图；
图2是图1中热电器件A-A方向的剖面结构示意图；
图3是本实用新型中热电器件的散热器结构示意图；
图4是本实用新型中热电器件水平式结构示意图；
图5是本实用新型中热电器件电路结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。
结合图1~图3所示，是本实用新型中所揭示的一种垂直式的高功率多用途热电器件结构示意图。由图可见，该热电器件，由集热器1、导热装置2、温差发电层3和散热器5组成。集热器1用于将热量收集起来，并将热量源源不断地通过导热装置2提供给温差发电层3，通过温差发电层3实现温差发电。本实用新型热电器件可以利用机器废热、工业余热、甚至体温发热，以及热水、地热、原子辐射热能等作为高温热源，实现温差发电。
如图1~图3所示，温差发电层3包括热端、冷端和位于热端、冷端之间的热电模块，集热器1储热且通过导热装置2将热量传输给温差发电层3的热端，以确定热流总量充足供应，使热端温度能维持较高；冷端连接散热器5，散热器5实施时可选用板翅式散热器，最终通过板翅式散热器将多余的热量散发出去，这样温差发电层3的两端存在温差即可发电，最后将温差发电层3发出的电通过串连或并联集中起来，便可以供给人们日常使用。
温差发电层3的热端和冷端的设置位置可为上下相对设置或为左右相对设置。结合图4所示，为上下相对设置时，温差发电层3为常见的单层结构，对应的热电器件为水平式结构；当为左右定位时，温差发电层3为多层叠加的阵列结构设计，对应的热电器件为竖直式结构，如图2所示。
实施时，温差发电层3的热端优选采用丝网状的导热体，即作为下层衬底，导热体的材料优选采用高导热性材料制成，如紫铜、铍铜等材料；冷端为板翅片式结构，材料可选用紫铜或铝等材料，冷端连接风冷、水冷或蒸发性的气液双相制冷的散热器，冷却效率可维持到温差50度左右；热端和冷端之间设置有间隔式热电阵列，间隔式热电阵列包括绝热层6和热电转换器件。
热电模块包括衬底和由复数热电组元叠加形成的热电阵列，热电组元的叠加足以确定必要的输出电压和电流的设置。热电组元由二种相异的热电半导体材料配对组成。优选地，每个热电组元由P型和N型两种相异的热电半导体材料热电臂配对组成，P型热电材料中电流与热流的载流子方向一致；而N型热电材料的电流、热流的载流子方向相反。
实施时，衬底材料可选用高热导材料，如高热导京瓷AN242型号陶瓷片材料，京瓷AN242同时具有高热导和高绝缘体的特征。衬底的几何形状在一定范围内可由3D打印控制成型。
温差发电层3还包括石棉框架7，石棉框架7用于热电模块的固定，以使热端和冷端的热量能够基本上全流过热电模块。
优选地，冷端面积与热电模块的面积相等或者稍大，以便足以保证冷、热两端的温度均匀性及热流密度均匀性。
发电时，单层结构的温差发电层3在具体实施时，可将温差发电层3的下层热端浸没在高温中，如高温气体、液体或者高温火苗上，热流通过热端的平面均匀上传到中间的热电模块，最后由上层的散热器5去掉废热在冷端冷却。
结合图5所示，本实用新型垂直式或水平式的高功率多用途热电器件还包括电压转换器8和电路连接部9，温差发电层3发出的电经过电压转换器8进行转换后输出给电路连接部9。温差发电层3的热源温度不同，电压转换器8的输入和输出功率也相应不同，对应的电路连接中也有不同的输出功率的外部人机接口。电压转换器的输出固定为5V。
电路连接部9包括内部储能装置和外部人机接口，内部储能装置包括充电电路和蓄电池，外部人机接口包括LED灯接口和USB接口。
图5中，TEG为级联的温差发电层，DC/DC稳压模块为电压转换器。
本实用新型水平式的高功率多用途热电器件具有轻薄、柔韧软、可输出2瓦左右充电功率等特性，可以穿戴在衣服上、帽子上及手脚等处。
本实用新型的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本实用新型的教示及揭示而作种种不背离本实用新型精神的替换及修饰，因此，本实用新型保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本实用新型的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种垂直式或水平式的高功率多用途热电器件，其特征在于：包括集热器、导热装置、散热器和夹设在导热装置和散热器之间的温差发电层，所述温差发电层包括热端、冷端和位于所述热端、冷端之间的热电模块，所述集热器储热且通过所述导热装置将热量传输给所述温差发电层的热端，所述温差发电层的冷端连接所述散热器。
2.根据权利要求1所述的垂直式或水平式的高功率多用途热电器件，其特征在于，所述导热装置包括导热基座，所述温差发电层的热端与所述导热装置的导热基座连接。
3.根据权利要求1所述的垂直式或水平式的高功率多用途热电器件，其特征在于，所述温差发电层的热端和冷端的位置为上下相对设置或为左右相对设置。
4.根据权利要求1所述的垂直式或水平式的高功率多用途热电器件，其特征在于，所述温差发电层外固定有石棉框架。
5.根据权利要求1~4任意一项所述的垂直式或水平式的高功率多用途热电器件，其特征在于，所述温差发电层的热端采用高导热性材料制作而成，所述高导热性材料为紫铜或铍铜。
6.根据权利要求1所述的垂直式或水平式的高功率多用途热电器件，其特征在于，所述温差发电层的冷端采用板翅片式结构，且所述温差发电层的冷端的面积大于或等于所述温差发电层的热电模块的面积。
7.根据权利要求1所述的垂直式或水平式的高功率多用途热电器件，其特征在于，所述热电模块包括衬底和由复数热电组元叠加形成的热电阵列，所述热电组元之间具有间隔材料，每个所述热电组元由P型和N型两种相异的热电半导体材料热电臂配对组成，两种所述热电臂的一端在所述衬底的表面通过导电体连接。
8.根据权利要求7所述的垂直式或水平式的高功率多用途热电器件，其特征在于，所述衬底材料为京瓷AN242型号陶瓷片，所述间隔材料为京瓷GL771型号。
9.根据权利要求1所述的垂直式或水平式的高功率多用途热电器件，其特征在于，所述热电器件还包括电压转换器和电路连接部，所述温差发电层发出的电经过所述电压转换器进行转换后输出给所述电路连接部进行输出。
10.根据权利要求9所述的垂直式或水平式的高功率多用途热电器件，其特征在于，所述电路连接部包括内部储能装置和外部人机接口，所述内部储能装置包括充电电路和蓄电池，所述外部人机接口包括LED灯接口和USB接口。
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