CN204464322U - 一种基于高导石墨烯连接材料的温差发电装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于高导石墨烯连接材料的温差发电装置。多个T型连接臂上下交替地间隔均布成一排，并在两端设有L型连接臂；P型热电臂和N型热电臂交替地布置在由相邻T型连接臂竖直段之间以及L型连接臂与T型连接臂竖直段之间形成的间隙中，P型热电臂和N型热电臂紧贴于T型连接臂竖直段的侧面；形成的整个温差发电装置形状为条状。本实用新型通过使用高导石墨烯的T型连接臂，能减少温差发电装置热电臂之间的电阻，降低热阻，提高整体温差发电装置的热电转换效率；T型连接臂自身具有较高的硬度和强度，同时能加强温差发电装置的整体机械性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种温差发电装置，尤其是涉及一种基于高导石墨烯连接材料的温差发电装置。
背景技术
温差发电技术是利用半导体材料的塞贝克效应，将热能直接转化为电能的技术，是一种全固态能量转换方式，无需化学反应或流体介质，因而在发电过程中具有经济、环保和方便等优点。温差发电装置是采用温差发电技术制成的装置，它具有体积小、重量轻、无运动部件、运行寿命长、可靠性高以及无污染等诸多优点。随着半导体技术的发展，温差发电装置已经在军事、医疗、科研、通讯、航海、动力以及工业生产等各个实践领域得到了广泛地应用。但是，在航空和军事等一些特殊领域，也需要微小型的特殊形状的的温差发电装置。
通常所用的温差发电装置，在结构上存在诸多不足。首先其热电臂的几何截面积一般较小，为了增加功率密度，通常是利用增加其热电臂对的数量，如常见的TEG1-127-1.4-1.2，在40×40mm的面积上集成了127对微型热电臂；另外，现有的温差发电装置为了集成器件而在温差发电装置的上下两个端面上装有导热片，这种导热片一般是以陶瓷片为基底，虽然导热性较好，但其自身的热阻相对于热电臂来说依旧是很大的，因此降低了温差发电装置的整体效率。
石墨烯作为一种新型二维结构的碳材料，它的载流子迁移率为250000cm2/（VS）约为硅中电子迁移率的140倍，热导率为5000Wm-1K-1，是金刚石的3倍，并且同时具有高硬度和良好的延展性。基于这些优良特性，通过加入石墨烯而制成的石墨烯金属基复合材料，同样具有良好的机械性、导电性和导热性。
利用石墨烯或石墨烯金属基复合材料作为热电臂间的电连接件和热连接件，将在温差发电器件领域发挥巨大的作用。
中国实用新型专利（申请号CN201080050776.4）公开了一种平板式温差发电装置。该装置由箔组件、导热顶板、导热底板和热电单体构成，利用箔基板作为缓冲件和导热件，在内部应力增大时，薄箔基板会随之发生弯折，从而缓解热电单体中的内部压力。该装置能有效地减少P型和N型热电臂热膨胀系数不同带来的温差发电器件内部应力，但由于箔组件包含热导率相对较低的材料，因此不可避免会在接触层产生较大的接触热阻，从而影响了整体温差发电装置的导热效率。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种基于高导石墨烯连接材料的简单结构温差发电装置，具有电传导与热传导一体化、内阻和热阻较小、热电转换效率高、结构简单、安装方便的特点。
本实用新型采用的技术方案是：
本实用新型包括P型热电臂、N型热电臂、T型连接臂和L型连接臂；多个T型连接臂上下交替地间隔均布成一排，并在两端布置有L型连接臂；P型热电臂和N型热电臂交替地布置在由相邻T型连接臂竖直段之间以及L型连接臂与T型连接臂竖直段之间形成的间隙中，P型热电臂和N型热电臂紧贴于T型连接臂竖直段的侧面；形成的整个温差发电装置形状为条状。
所述的P型热电臂和N型热电臂的数量相同，P型热电臂至少为3个。
所述的T型连接臂为石墨烯或石墨烯金属基复合材料。
当所述T型连接臂为石墨烯时，由石墨烯原料烧结制成块体，由石墨烯原料通过放电等离子（SPS）或者热压的烧结方法烧结而成。
当所述T型连接臂为石墨烯金属基复合材料时，石墨烯的含量大于30wt%。
所述的石墨烯金属基复合材料为金属单质或合金与石墨烯的复合材料，金属为铜、铝。
所述的P型热电臂和N型热电臂分别与T型连接臂竖直段之间焊接，P型热电臂和N型热电臂分别与L型连接臂竖直段之间焊接。
所述的P型热电臂和N型热电臂为平板状，热电臂的长度和宽度大于热电臂厚度，满足长度＞2倍厚度，宽度＞2倍厚度。
所述的P型热电臂和N型热电臂的材料为以碲化铋、碲化铅、锗化硅、方钴矿或者半赫斯勒材料为基底制备得到的热电材料。
本实用新型的有益效果是：
（1）本实用新型利用高导石墨烯为基础制成的T型连接臂，由于同时传导热量和电流，可以避免由增加额外元件而带来的热阻和电阻；利用高导石墨烯为基础制成的T型连接臂，可以产生极为高效的热传导作用，使轴向上的P型热电臂和N型热电臂两端面产生稳定的温度差；利用高导石墨烯为基础制成的T型连接臂，具有很高的电导率和很高的强度，可以有效地减少温差发电装置的整体电阻，同时增强温差发电装置的整体强度。
（2）本实用新型整体结构呈条状，P型热电臂和N型热电臂的厚度可以根据热电臂的理论优化模型自行设计，避开了在平板型温差发电装置中P型热电臂和N型热电臂的厚度必须一致的缺点。
（3）本实用新型整体结构呈条状，P型热电臂和N型热电臂受到加热后向两侧膨胀，能有效缓解内应力，避免出现在平板型温差发电装置中因P型热电臂和N型热电臂的热膨胀系数不同带来的其中某类热电臂脱落或碎裂的情况。
（4）本实用新型其中的P型热电臂和N型热电臂为平板型，即横截面积较大而厚度较小，这种结构的热电臂具有更小的电阻，有利于提高温差发电装置整体的热电转换效率。
（5）本实用新型仅有两种元器件，即热电臂和导热导电结构，安装方便，适用场合多。
附图说明
图1是本实用新型的T型连接臂的外观图。
图2是本实用新型的装配结构原理图。
图3是本实用新型的装配结构斜视图。
图中：1. T型连接臂，2. L型连接臂，3. P型热电臂，4. N型热电臂。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。
如图2、图3所示，本实用新型包括P型热电臂3、N型热电臂4、T型连接臂1和L型连接臂2；多个T型连接臂1上下交替地间隔均布成一排，并在两端设有L型连接臂2，两端通过L型连接臂2包裹；P型热电臂3和N型热电臂4交替地设在由相邻T型连接臂1竖直段之间以及L型连接臂2与T型连接臂1竖直段之间形成的间隙中，P型热电臂3和N型热电臂4紧贴于T型连接臂1竖直段的侧面；形成的整个温差发电装置形状为条状。
如图1所示，本实用新型的T型连接臂1为上平面竖直段交叉结构。T型连接臂1的上平面为热源接触面，T型连接臂1的竖直段的侧面为P型热电臂3和N型热电臂4的接触面。T型连接臂1的材料为石墨烯或石墨烯金属基复合材料；当为石墨烯时，T型连接臂1由石墨烯原料通过放电等离子（SPS）等烧结方法烧结为块体；当为石墨烯金属基复合材料时，通过在导电导热性能较好的金属：如铜、铝等中掺杂一定数量的石墨烯（保证石墨烯的质量分数大于30wt%），再利用烧结或热压等方法制成所需的形状。
本实用新型的P型热电臂3和N型热电臂4的数量相同，P型热电臂3至少为3个，即P型热电臂3和N型热电臂4是成对的，对数为3对及3对以上。
如图2、图3所示，P型热电臂3和N型热电臂4分别与T型连接臂1竖直段之间焊接，P型热电臂3和N型热电臂4分别与L型连接臂2竖直段之间焊接。
如图2、图3所示，P型热电臂3和N型热电臂4为平板状，热电臂的长度和宽度远大于热电臂厚度，满足：长度＞2倍厚度，宽度＞2倍厚度。热电臂的长度为沿热电臂竖直段方向的尺寸，热电臂厚度为热电臂沿T型连接臂1排列方向的尺寸。
P型热电臂3和N型热电臂4的材料为以碲化铋、碲化铅、锗化硅、方钴矿或者半赫斯勒材料为基底进行适当掺杂制备得到的热电材料。
本实用新型的具体实施如下：
具体实施中，T型连接臂1的材料采用含30%质量分数的石墨烯和含70%质量分数的铜制成；P型热电臂3和N型热电臂4均以碲化铋为基底，N型热电臂4掺杂有硒Se，P型热电臂3掺杂有锑Sd，而形成热点材料。
如图3所示，将温差发电装置的T型连接臂1与L型连接臂2的一端平面接触热端，另一端平面接触冷端，使在P型热电臂3和N型热电臂4的两端面上产生温度差。根据热电半导体材料的塞贝克效应、帕尔贴效应以及傅里叶效应，每个P型热电臂3和N型热电臂4的端面上都将产生电势差，根据上述温差发电装置的条状串联结构，整个温差发电装置的端面上将产生电压差。若将两端的L型连接臂2接上负载电阻，则将在温差发电装置的内部产生电流。
由此，一方面本实用新型通过使用高导石墨烯或石墨烯金属基复合材料来成为热电臂的T型连接臂，能够减少温差发电装置热电臂之间的电阻，降低由额外元件带来的热阻，提高整体温差发电装置的热电转换效率。另一方面，以石墨烯为基础的T型连接臂，自身具有较高的硬度和强度，同时能加强温差发电装置的整体机械性能，由此具有突出显著的技术效果。
上述具体实施方式用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型作出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1. 一种基于高导石墨烯连接材料的温差发电装置，其特征在于：包括P型热电臂（3）、N型热电臂（4）、T型连接臂（1）和L型连接臂（2）；多个T型连接臂（1）上下交替地间隔均布成一排，并在两端设有L型连接臂（2）；P型热电臂（3）和N型热电臂（4）交替地布置在由相邻T型连接臂（1）竖直段之间以及L型连接臂（2）与T型连接臂（1）竖直段之间形成的间隙中，P型热电臂（3）和N型热电臂（4）紧贴于T型连接臂（1）竖直段的侧面；形成的整个温差发电装置形状为条状。
2. 根据权利要求1所述的一种基于高导石墨烯连接材料的温差发电装置，其特征在于：所述的P型热电臂（3）和N型热电臂（4）的数量相同，P型热电臂（3）至少为3个。
3. 根据权利要求1所述的一种基于高导石墨烯连接材料的温差发电装置，其特征在于：所述的T型连接臂（1）为石墨烯或石墨烯金属基复合材料。
4. 根据权利要求3所述的一种基于高导石墨烯连接材料的温差发电装置，其特征在于：当所述T型连接臂（1）为石墨烯时，由石墨烯原料烧结制成块体，由石墨烯原料通过放电等离子或者热压的烧结方法烧结而成。
5. 根据权利要求3所述的一种基于高导石墨烯连接材料的温差发电装置，其特征在于：当所述T型连接臂（1）为石墨烯金属基复合材料时，石墨烯的含量大于30wt%。
6. 根据权利要求5所述的一种基于高导石墨烯连接材料的温差发电装置，其特征在于：所述的石墨烯金属基复合材料为金属单质或合金与石墨烯的复合材料，金属为铜、铝。
7. 根据权利要求1所述的一种基于高导石墨烯连接材料的温差发电装置，其特征在于：所述的P型热电臂（3）和N型热电臂（4）分别与T型连接臂（1）竖直段之间焊接，P型热电臂（3）和N型热电臂（4）分别与L型连接臂（2）竖直段之间焊接。
8. 根据权利要求1所述的一种基于高导石墨烯连接材料的温差发电装置，其特征在于：所述的P型热电臂（3）和N型热电臂（4）为平板状，热电臂的长度和宽度大于热电臂厚度，满足长度＞2倍厚度，宽度＞2倍厚度。
9. 根据权利要求1所述的一种基于高导石墨烯连接材料的温差发电装置，其特征在于：所述的P型热电臂（3）和N型热电臂（4）的材料为以碲化铋、碲化铅、锗化硅、方钴矿或者半赫斯勒材料为基底制备得到的热电材料。
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|---|---|---|---|---|
| CN104779340A (zh) * | 2015-03-14 | 2015-07-15 | 浙江大学 | 基于高导石墨烯连接材料的温差发电装置 |
| CN105099275A (zh) * | 2015-07-29 | 2015-11-25 | 浙江大学 | 具有微凸台阵列热端的平面型温差发电结构 |
| CN107731997A (zh) * | 2017-08-22 | 2018-02-23 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种发光二极管的封装支架及其制造方法 |
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