CN206060586U - 一种热端和冷端独立式温差发电系统 - Google Patents

Abstract

一种热端和冷端独立式温差发电系统，包括热端、冷端、蓄电池或用电设备。热端通过热端正极与冷端的冷端输入正极相连，热端通过热端负极与冷端的冷端输入负极相连，冷端通过冷端输出正极、冷端输出负极分别与蓄电池或用电设备相连。本实用新型可以实现将热端和冷端进行长间距放置，以达到可以选择合适低温处进行冷端放置，极大减小发电系统受空间的限制程度。

Description

一种热端和冷端独立式温差发电系统

技术领域

本实用新型属于温差发电技术领域，具体涉及一种热端和冷端独立式温差发电系统。

背景技术

赛贝克效应指当导体两端存在温差时，热端的电子的能量和速度高于冷端的电子的能量和速度。在 N 型半导体中，当N型半导体两端存在温差时除了电子的能量及速度外，热端的电子浓度还高于冷端的电子浓度，电子的浓度差会引起热端的电子向冷端扩散，冷端积累负电荷，而热端剩下了未被补偿的正电荷，建立了由热端指向冷端的电场，这个电场阻止电子流继续由热端向冷端扩散，当扩散与电场的作用相等时，就达到了统计动平衡，半导体两端形成电势差。同理，当P型半导体两端存在温差时，也会在半导体两端形成电势差。现有的温差发电系统的热端和冷端由于半导体体积和功能上的限制都是紧密连接在半导体两端，以此保证系统进行正常的温差发电功能，导致在进行温差发电时需将发电模块紧贴热源后在冷端装配散热器进行散热进而保证发电系统的正常工作。热端和冷端间的距离过短以及散热模块的布置会在应用中引起很多的不便，而且现有发电系统无法实现当热源和合适低温处之间的距离过长时进行温差发电。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本实用新型提出了一种热端和冷端独立式温差发电系统。

技术方案如下：

热端和冷端独立式温差发电系统包括热端、冷端、蓄电池或用电设备。热端通过热端正极与冷端的冷端输入正极相连，热端通过热端负极与冷端的冷端输入负极相连，冷端通过冷端输出正极、冷端输出负极分别与蓄电池或用电设备相连。本实用新型可以实现将热端和冷端进行长间距放置，以达到可以选择合适低温处进行冷端放置，极大减小发电系统受空间的限制程度。

热端包括：第一顶板、第一外套、第一底板及绝缘隔离层、两块第一导热模块、两块热端发电片、第一顶板连接块，第一顶板与第一底板及绝缘隔离层平行设置，第一外套包裹于第一顶板与第一底板及绝缘隔离层外侧，第一顶板、第一底板及绝缘隔离层与第一外套构成热端外壳，两块第一导热模块、第一顶板连接块、两块热端发电片设置于热端外壳内，两个热端发电片采用并联且不叠加的方式垂直固定于第一顶板与第一底板及绝缘隔离层之间，每个热端发电片的一端通过第一顶板连接块固定在第一顶板，每个热端发电片的另一端与第一底板及绝缘隔离层连接及固定，两块第一导热模块包裹着两个热端发电片，热端正极与热端负极设置于第一顶板之上。

冷端包括：第二顶板、第二外套、第二底板及绝缘隔离层、第二侧部正极连接块、第二侧部负极连接块、第二顶板连接块、第二冷端发电片输入正极、第二冷端发电片输入负极、两块第二导热模块、两个冷端发电片，第二顶板与第二底板及绝缘隔离层平行设置，第二外套包裹于第二顶板与第二底板及绝缘隔离层外侧，第二外套、第二顶板与第二底板及绝缘隔离层构成冷端外壳，两块第二导热模块、两个冷端发电片、第二顶板连接块、第二侧部正极连接块、第二侧部负极连接块均位于冷端外壳内，每个冷端发电片的一端通过第二顶板连接块固定在第二顶板上，每个冷端发电片的另一端与第二底板及绝缘隔离层连接及固定，两个冷端发电片采用并联且不叠加的方式垂直固定于第二顶板与第二底板及绝缘隔离层之间，两个第二导热模块分别包裹着两个冷端发电片，冷端输入正极、冷端输入负极设置于第二顶板上，第二外套上的第一侧部正极连接块、第一侧部负极连接块分别与第二顶板上的第二侧部正极连接块、第二侧部负极连接块相连接，第二外套上的第一冷端发电片输入正极、第一冷端发电片输入负极分别与第二冷端发电片输入正极、第二冷端发电片输入负极相连接。

热端发电片包括：多个第一P型半导体、多个第一N型半导体、多个第一半导体连接块、多个第一半导体连接片、热端发电片受热片、热端发电片正极、热端发电片负极，分别将多个第一P型半导体与多个第一N型半导体并排放置，第一个第一P型半导体的上端与第一个第一N型半导体的上端相连，第一个第一P型半导体的下端与第二个第一P型半导体的下端相连，第一个第一N型半导体的下端与第二个第一N型半导体的下端相连，第二个第一P型半导体的上端与第二个第一N型半导体的上端相连，依次类推，第一个第一P型半导体的下端与热端发电片正极连接，最后一个第一N型半导体的下端与热端发电片负极连接。

所述冷端发电片包括：多个第二P型半导体、多个第二N型半导体、多个第二半导体连接块、第二冷端发电片输入正极、第二冷端发电片输入负极、冷端发电片输出正极、冷端发电片输出负极、多个第二半导体连接片、冷端发电片受冷片，第二P型半导体、第二N型半导体分别采用串联的方式连接，第一个第二P型半导体与第一个第二N型半导体的同一端分别连接第二冷端发电片输入正极、第二冷端发电片输入负极，最后一个第二P型半导体与最后一个第二N型半导体的另一端分别连接冷端发电片输出正极、冷端发电片输出负极。

由上述技术方案可知，本实用新型的有益效果是：本实用新型温差发电系统中的热端和冷端是可以直接安放在热源和低温处，而不需像传统温差发电模块需要在外层设置隔热装置的同时必须在冷端设置散热装置，热端可以选择合适的热源位置直接进行组合安放，冷端可以选择合适的低温处进行安放而非必须连接散热器，热端和冷端由电线进行连接可以做到长距离温差发电，相比于传统温差发电系统避免了很多空间上的计算、材料的浪费及成本的增加。

附图说明：

图1示出了本实用新型一种实施例的整体结构连接原理图；

图2示出了本实用新型一种实施例的热端纵剖面构造图；

图3示出了本实用新型一种实施例的冷端纵剖面构造图；

图4示出了本实用新型一种实施例的第二外套构造图；

图5示出了本实用新型一种实施例的热端发电片构造图；

图6示出了本实用新型一种实施例的冷端发电片构造图；

本实施例中：1、热端；2、冷端；3、用电设备；4、电线；5、热端正极；6、热端负极；7、第一顶板；8、第一外套；9、第一导热模块；10、热端发电片受热片；11、第一半导体连接块；12、冷端发电片；13、第一底板及绝缘隔离层；14、第一顶板连接块；15、热端发电片；16、冷端输入正极；17、冷端输入负极；18、第二侧部正极连接块；19、第二侧部负极连接块；20、第一冷端发电片输入正极；21、第一冷端发电片输入负极；22、热端发电片正极；23、热端发电片负极；24、冷端发电片受冷片；25、第一半导体连接片；26、第一P型半导体；27、第一N型半导体；28、冷端发电片输出正极；29、冷端发电片输出负极；30、冷端输出正极；31、冷端输出负极；32、第二半导体连接片；33、第二顶板；34、第二外套；35、第二导热模块；36、第二底板及绝缘隔离层；37、第二顶板连接块；38、第二冷端发电片输入正极；39、第二冷端发电片输入负极；40、第一侧部正极连接块；41、第一侧部负极连接块；42、第二半导体连接块；43、第二P型半导体；44、第二N型半导体。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

图1示出了本实施例的整体结构连接原理图，系统包括热端1、冷端2、用电设备3与电线4，热端1通过热端正极5与冷端2的冷端输入正极16相连，热端1通过热端负极6与冷端输入负极17相连，冷端2通过冷端输出正极30、冷端输出负极31分别与用电设备3相连。冷端2可以通过变压器与蓄电池相连，用于存储电量。热端1选择合适的热源处进行安放，冷端2选择合适的冷源处进行安放，热端1和冷端2间的电线4长度可根据热源和冷源间实际距离的不同而不同，冷端2和用蓄电池或电设备之间的电线4长度也可根据冷端2与蓄电池或用电设备的实际距离做出相应调整。

图2示出了本实施例的热端1纵剖面结构图，热端1包括：热端正极5、热端负极6、第一顶板7、第一顶板连接块14、第一外套8、两块第一导热模块9、两块热端发电片15、第一底板及绝缘隔离层13，第一顶板4与第一底板及绝缘隔离层13平行设置，第一外套8包裹于第一顶板7与第一底板及绝缘隔离层13外侧，第一顶板7、第一底板及绝缘隔离层13与第一外套8构成热端外壳，两块第一导热模块9、第一顶板连接块14、两块热端发电片15设置于热端外壳内部，两个热端发电片15采用并联且不叠加的方式垂直固定于第一顶板7与第一底板及绝缘隔离层13之间，每个热端发电片15的一端通过第一顶板连接块14固定在第一顶板7，每个热端发电片15的另一端与第一底板及绝缘隔离层13连接及固定，两个第一导热模块9分别裹着两个热端发电片15，热端正极5与热端负极6设置于第一顶板7上。受热的热端1内的电子经热端正极5和热端负极6流向处在冷源处的冷端2。相比串联连接，热端发电片15并联连接时内部电阻减小，内阻消耗功率降低，输出功率高于串联连接；相比叠加放置，以第一层热端发电片15的冷端为第二层热端发电片15的热端，由于热端发电片15本身厚度较小，因此叠加放置时第二层热端发电片15温差相差不大，因此降低了第二层热端发电片15的发电效率，不叠加放置的输出功率更高；单纯靠增加热端发电片15数量来增加发电功率会影响其能量产出成本，因此在一定资金范围内欲增加发电效率，可通过将热端发电片并联且不叠加的方式进行连接放置。

图3示出了本实施例的冷端2纵剖面构造图，冷端2包括：冷端输入正极16、冷端输入负极17、侧部正极连接块18、侧部负极连接块19、第二顶板33、第二顶板连接块37、冷端第二冷端发电片输入正极38、第二冷端发电片输入正极39、第二外套34、两块第二导热模块35、两个冷端发电片12、第二底板及绝缘隔离层36，第二顶板33与第二底板及绝缘隔离层36平行设置，第二外套34包裹于第二顶板33与第二底板及绝缘隔离层36外侧，第二外套34、第二顶板33与第二底板及绝缘隔离层36构成冷端外壳，侧部正极连接块18、侧部负极连接块19、第二顶板连接块37、两块第二导热模块35、两个冷端发电片12设置于冷端外壳内部，两个冷端发电片12采用并联且不叠加的方式垂直放置在第二顶板33与第二底板及绝缘隔离层36之间，冷端发电片12的一端通过第二顶板连接块37与第二顶板33连接，冷端发电片12的另一端与第二底板及绝缘隔离层36相连，两块第二导热模块35分别包裹着两个冷端发电片12，冷端输入正极16、冷端输入负极17设置于第二顶板13之上，第二外套34上的第一侧部正极连接块40、第一侧部负极连接块41分别与第二顶板33上的第二侧部正极连接块18、第二侧部负极连接块19相连接，第二外套34上的第一冷端发电片输入正极20、第一冷端发电片输入负极21与第二冷端发电片输入正极38、第二冷端发电片输入负极39相连接。以此将热端1电子传递给处在低温处的冷端发电片12，需要强调的是冷端2的另一个冷端发电片12用同样的方式进行连接，以保证冷端内的两个冷端发电片12能以相同的形式进行工作。剩下的结构及原理均可以参照热端，在此不再赘述。

图4示出了本实施例的第二外套34的构造图，第二外套34包括：第一冷端发电片输入正极20、第一冷端发电片输入负极21、第一侧部正极连接块40、第一侧部负极连接块41，第一侧部正极连接块40、第一侧部负极连接块41用于将第二外套34与第二顶板连接，第一冷端发电片输入正极20、第一冷端发电片输入负极21与第二冷端发电片输入正极38、第二冷端发电片输入负极39相连接。

图5示出了本实施例的热端发电片15构造图，热端发电片15包括：多个第一P型半导体26、多个第一N型半导体27、多个第一半导体连接块11、多个第一半导体连接片25、热端发电片受热片10、热端发电片正极22、热端发电片负极23，分别将多个第一P型半导体26与多个第一N型半导体27并排放置，第一个第一P型半导体26的上端与第一个第一N型半导体27的上端相连，第一个第一P型半导体26的下端与第二个第一P型半导体26的下端相连，第一个第一N型半导体27的下端与第二个第一N型半导体27的下端相连，第二个第一P型半导体26的上端与第二个第一N型半导体27的上端相连，依次类推，第一个第一P型半导体26的下端与热端发电片正极22连接，最后一个第一N型半导体27的下端与热端发电片负极23连接。热端发电片15中的半导体之间连接存在拐角处时，使用带垂直拐角的第一半导体连接片25连接相邻的两个半导体。所述的第一半导体连接块11和第一半导体连接片25的材质均为金属材质而非半导体材质，其次热端发电片15是直接将其放置在热源处而不连接任何散热装置，因此第一P型半导体26和第一N型半导体27上下端同时受热时，半导体内的正负电子会同时去往第一P型半导体和第一N型半导体而影响电子去往热端发电片正负极的数量导致电流不稳定，因此连接第一P型半导体26和第一N型半导体27上端的第一半导体连接块11选用的材质为金属合金材质，可供选择的也是目前市面上应用较为广泛、发电效率较高的铜合金材质；将只连接第一P型半导体26下端和只连接第一N型半导体27下端的第一半导体连接块11选用纯度更高的金属材质，可供选择的就是与上述铜合金材质对应的金属铜材质，目的是在受热情况相同时让第一P型半导体26内的正电子和第一N型半导体27内的负电子根据物理定律更多的流向电阻率更低的第一半导体连接块11，而根据第一P型半导体26温差发电原理：当第一P型半导体26内的正电子向下端的第一半导体连接块11流动时，第一P型半导体26内部的负电子会像第一P型半导体26上端的第一半导体连接块11流动并且与正在向第一N型半导体27下端流动的第一N型半导体27内的负电子一起流向热端发电片负极23，从而构成温差发电电路，这样既可以使第一P型半导体26、第一N型半导体27内的两种正负电子分别流向热端发电片15正负极，又可以极大程度上减少因电子回流而影响热端发电片15的工作效率。

图6示出了本实施例的冷端发电片12构造图，冷端发电片12包括：多个第二P型半导体43、多个第二N型半导体44、多个第二半导体连接块42、第二冷端发电片输入正极38、第二冷端发电片输入负极39、冷端发电片输出正极28、冷端发电片输出负极29、多个第二半导体连接片32、冷端发电片受冷片24，多个第二P型半导体43与第二N型半导体44并排放置，将第一个第二P型半导体43上端与第二个第二P型半导体43的上端相连，第二个第二P型半导体43下端与第三个第二P型半导体43的下端相连，第三个第二P型半导体43的上端与第四个第二P型半导体43的上端相连，依次类推，多个第二N型半导体44采用与第二P型半导体43相同的连接方式，冷端发电片12的第二P型半导体43与第二N型半导体44采用串联的方式连接，在第一个第二P型半导体43与第一个第二N型半导体44的同一端分别连接第二冷端发电片输入正极38、第二冷端发电片输入负极39，在最后一个第二P型半导体43与最后一个第二N型半导体44的另一端分别连接冷端发电片输出正极28、冷端发电片输出负极29，冷端发电片12中的半导体之间连接存在拐角处时，使用带垂直拐角的第二半导体连接片32连接相邻的两个半导体。当冷端发电片12处于低温处时便可以将电子从处在热源内的热端1导入冷端2，最后输出至用蓄电池或用电设备。本发明中的冷端2即使处在低温环境内也可以正常进行温差发电。

本实用新型提供的一种热端和冷端独立式温差发电系统，热端1和冷端2是可以直接安放在热源和低温处，当处于热源处的热端发电片15受热、处于冷源处的冷端发电片12受冷时，电子经热端正极5和热端负极6分别流向处在冷源处的冷端输入正极16、冷端输入负极17，再经第二侧部正极连接块18和第二侧部负极连接块19分别流向第一侧部正极连接块40和第一侧部负极连接块41，通过第二外套34流向冷端发电片输入正极38和冷端发电片输入负极39，以此将热端1内的电子传递给处在低温处的冷端2，进而通过冷端输出正极30、冷端输出负极31输出电流给蓄电池或用电设备。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型权利要求所限定的范围。

Claims (3)

1.一种热端和冷端独立式温差发电系统，其特征在于：包括热端（1）、冷端（2）、用电设备（3），热端（1）通过热端正极（5）与冷端（2）的冷端输入正极（16）相连，热端（1）通过热端负极（6）与冷端（2）的冷端输入负极（17）相连，冷端（2）通过冷端输出正极（30）、冷端输出负极（31）分别与用电设备（3）相连；

热端（1）包括：第一顶板（7）、第一外套（8）、第一底板及绝缘隔离层（13）、两块第一导热模块（9）、两块热端发电片（15）、第一顶板连接块（14），第一顶板（7）与第一底板及绝缘隔离层（13）平行设置，第一外套（8）包裹于第一顶板（7）与第一底板及绝缘隔离层（13）外侧，第一顶板（7）、第一底板及绝缘隔离层（13）与第一外套（8）构成热端外壳，两块第一导热模块（9）、第一顶板连接块（14）、两块热端发电片（15）设置于热端外壳内，两个热端发电片（15）采用并联且不叠加的方式垂直固定于第一顶板（7）与第一底板及绝缘隔离层（13）之间，每个热端发电片（15）的一端通过第一顶板连接块（14）固定在第一顶板（7），每个热端发电片（15）的另一端与第一底板及绝缘隔离层（13）连接及固定，两块第一导热模块（9）分别包裹着两个热端发电片（15），热端正极（5）与热端负极（6）设置于第一顶板（7）上；

冷端（2）包括：第二顶板（33）、第二外套（34）、第二底板及绝缘隔离层（36）、第二侧部正极连接块（18）、第二侧部负极连接块（19）、第二顶板连接块（37）、第二冷端发电片输入正极（38）、第二冷端发电片输入负极（39）、两块第二导热模块(35)、两个冷端发电片（12），第二顶板（33）与第二底板及绝缘隔离层（36）平行设置，第二外套（34）包裹于第二顶板（33）与第二底板及绝缘隔离层（36）外侧，第二外套（34）、第二顶板（33）与第二底板及绝缘隔离层（36）构成冷端外壳，两块第二导热模块（35）、两个冷端发电片（12）、第二顶板连接块（37）、第二侧部正极连接块（18）、第二侧部负极连接块（19）均位于冷端外壳内，每个冷端发电片（12）的一端通过第二顶板连接块（37）固定在第二顶板（33）上，每个冷端发电片（12）的另一端与第二底板及绝缘隔离层（36）连接及固定，两个冷端发电片（12）采用并联且不叠加的方式垂直固定于第二顶板（33）与第二底板及绝缘隔离层（36）之间，两个第二导热模块（35）分别包裹着两个冷端发电片（12），冷端输入正极（16）、冷端输入负极（17）设置于第二顶板（33）上，第二外套（34）上的第一侧部正极连接块（40）、第一侧部负极连接块（41）分别与第二顶板（33）上的第二侧部正极连接块（18）、第二侧部负极连接块（19）相连接，第二外套（34）上的第一冷端发电片输入正极（20）、第一冷端发电片输入负极（21）分别与第二冷端发电片输入正极（38）、第二冷端发电片输入负极（39）相连接。

2.根据权利要求1所述的一种热端和冷端独立式温差发电系统，其特征在于：所述热端发电片（15）包括：多个第一P型半导体（26）、多个第一N型半导体（27）、多个第一半导体连接块（11）、多个第一半导体连接片（25）、热端发电片受热片（10）、热端发电片正极（22）、热端发电片负极（23），将多个第一P型半导体（26）与多个第一N型半导体（27）并排放置，第一个第一P型半导体（26）的上端与第一个第一N型半导体（27）的上端相连，第一个第一P型半导体（26）的下端与第二个第一P型半导体（26）的下端相连，第一个第一N型半导体（27）的下端与第二个第一N型半导体（27）的下端相连，第二个第一P型半导体（26）的上端与第二个第一N型半导体（27）的上端相连，依次类推，第一个第一P型半导体（26）的下端与热端发电片正极（22）连接，最后一个第一N型半导体（27）的下端与热端发电片负极（23）连接。

3.根据权利要求1所述的一种热端和冷端独立式温差发电系统，其特征在于：所述冷端发电片（12）包括：多个第二P型半导体（43）、多个第二N型半导体（44）、多个第二半导体连接块（42）、第二冷端发电片输入正极（38）、第二冷端发电片输入负极（39）、冷端发电片输出正极（28）、冷端发电片输出负极（29）、多个第二半导体连接片（32）、冷端发电片受冷片（24），第二P型半导体（43）、第二N型半导体（44）分别采用串联的方式连接，第一个第二P型半导体（43）与第一个第二N型半导体（44）的同一端分别连接第二冷端发电片输入正极（38）、第二冷端发电片输入负极（39），最后一个第二P型半导体（43）与最后一个第二N型半导体（44）的另一端分别连接冷端发电片输出正极（28）、冷端发电片输出负极（29）。