CN208226900U - 一种温差发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及温差发电技术领域，具体而言，涉及一种温差发电装置，包括：热端扁平铝管、与热端扁平铝管相对设置的冷端扁平铝管，以及设置于热端扁平铝管与冷端扁平铝管之间的半导体温差发电组件；其中半导体温差发电组件包括若干个串并联连接的半导体热电部件；半导体热电部件上连接有适于将各个半导体热电部件串并联连接的导线。

Description

一种温差发电装置

技术领域

本实用新型涉及温差发电技术领域，具体而言，涉及一种温差发电装置。

背景技术

随着经济的不断发展，我国能源需求不断增加，石油等不可再生资源在我国资源储备严重短缺，电能作为一种清洁能源越来越容易被人接受，而通过温差发电更是清洁无污染。并且热能容易获得，工业余热，垃圾焚烧热，汽车废热等热能来源广泛。温差发电装置性能稳定、无需维护的特点使其在发电和输送电困难的偏远地区发挥着重要的作用；其次，体积小、重量轻、无振动、无噪音使温差发电机非常适合用作小功率电源。将会带来很大的经济和社会效益。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种温差发电装置，以解决可根据负载多少调节发电模块的技术问题。

本实用新型的温差发电装置是这样实现的：

一种温差发电装置，包括：热端扁平铝管、与所述热端扁平铝管相对设置的冷端扁平铝管，以及设置于所述热端扁平铝管与所述冷端扁平铝管之间的半导体温差发电组件；其中

所述半导体温差发电组件包括若干个串并联连接的半导体热电部件；

所述半导体热电部件上连接有适于将各个半导体热电部件串并联连接的导线。

在本实用新型较佳的实施例中，所述半导体温差发电组件包括若干个并联相接的半导体热电单元；

所述半导体热电单元包括若干个串联相连的半导体热电部件；以及

每个半导体热电单元包含的半导体热电部件的数量相同。

在本实用新型可选的实施例中，所述热端扁平铝管和冷端扁平铝管相对的内侧壁面上分别设有一层导热硅胶；

所述导热硅胶用于实现热端扁平铝管和冷端扁平铝管分别与半导体热电部件的粘接。

在本实用新型可选的实施例中，所述半导体温差发电组件通过一吸热板与所述热端扁平铝管相接；以及

所述半导体温差发电组件通过一散热板与冷端扁平铝管相接。

在本实用新型较佳的实施例中，所述热端扁平铝管与吸热板之间、吸热板与半导体温差发电组件之间，以及半导体温差发电组件与冷端扁平铝管之间均设有高导热界面层。

在本实用新型较佳的实施例中，所述热端扁平铝管采用铝板焊接而成的管状结构；

所述热端扁平铝管的一端管口为封闭结构，另一端管口为开口结构；以及

所述冷端扁平铝管采用铝板焊接而成的管状结构；

所述冷端扁平铝管的一端管口为封闭结构，另一端管口为开口结构。

在本实用新型较佳的实施例中，所述热端扁平铝管和冷端扁平铝管的外表面分别粘接有一层绝缘导热硅胶。

在本实用新型较佳的实施例中，所述冷端扁平铝管的内腔中焊接有散热加强筋。

在本实用新型较佳的实施例中，所述冷端扁平铝管的外端面上还设有若干散热翅片。

在本实用新型较佳的实施例中，所述热端扁平铝管与所述冷端扁平铝管之间形成的空间的四周围设有泡沫密封圈。

相对于现有技术，本实用新型实施例具有以下有益效果：本实用新型的半导体温差发电组件采用的不同数量的半导体热电部件串并联起来的结构，在不同的发电温差下可以输出不同的输出功率。输出功率的大小可根据负载大小进行调节，可以保证不同的负载需求。并且本实用新型的温差发电的优点为与传统热力发电装置相比发电结构简单、体积小；无振动、无噪音、使用寿命长、无污染、维修方便；以及可根据负载多少调节发电模块。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1示出了本实用新型实施例1所提供的温差发电装置的右侧剖视结构示意图；

图2示出了本实用新型实施例1所提供的温差发电装置的俯视剖视结构示意图；

图3示出了本实用新型实施例1所提供的温差发电装置的立体示意图；

图4示出了本实用新型实施例1所提供的温差发电装置的热端扁平铝管结构图；

图5示出了本实用新型实施例1所提供的温差发电装置的冷端扁平铝管结构图；

图6示出了本实用新型实施例2所提供的温差发电装置的右侧剖视结构示意图；

图7示出了图6的A部放大结构示意图。

图中：热端扁平铝管100、冷端扁平铝管200、散热加强筋201、散热翅片202、散热条203、散热通孔204、半导体热电部件300、导热硅胶301、绝缘导热硅胶400、泡沫密封圈500、圆孔501、导线600、吸热板700、散热板800、高导热界面层900。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

实施例1：

如图1至图5所示，一种温差发电装置，包括：热端扁平铝管100、与热端扁平铝管100相对设置的冷端扁平铝管200，以及设置于热端扁平铝管100与冷端扁平铝管200之间的半导体温差发电组件。

半导体温差发电组件包括若干个串并联连接的半导体热电部件300；半导体热电部件300上连接有适于将各个半导体热电部件300串并联连接的导线600。

半导体热电部件300采用TEG1-127-1.4-16型号半导体温差发电片，单个温差发电片的耐热温差范围为-50℃～230℃，最大输出电压3.2V，内阻3.3Ω，最大负载功率3.1W。

可选的，参考图4所示，热端扁平铝管100采用铝板焊接而成的管状结构；热端扁平铝管100的一端管口为封闭结构，另一端管口为开口结构，更加利于热量的传递；参考图5所示，冷端扁平铝管200采用铝板焊接而成的管状结构；冷端扁平铝管200的一端管口为封闭结构，另一端管口为开口结构，更加利于热量的传递。本实施例采用铝板是由于铝的导热散热效果较好。

具体的，半导体温差发电组件包括若干个并联相接的半导体热电单元；半导体热电单元包括若干个串联相连的半导体热电部件300；以及每个半导体热电单元包含的半导体热电部件300的数量相同。半导体热电部件300的数量可以根据需要进行调节设置。在不同的发电温差下可以输出不同的输出功率，输出功率的大小可根据负载大小进行调节，可以保证不同的负载需求。

本实施例中的热端扁平铝管100和冷端扁平铝管200相对的内侧壁面上分别设有一层导热硅胶301；导热硅胶301用于实现热端扁平铝管100和冷端扁平铝管200分别与半导体热电部件300的粘接。导热硅胶301的导热性好，且绝缘性好，可防止半导体热电部件300漏电传递到热端扁平铝管100和冷端扁平铝管200上。

热端扁平铝管100和冷端扁平铝管200的外表面分别粘接有一层绝缘导热硅胶400。在热端扁平铝管100和冷端扁平铝管200外表面设置绝缘导热硅胶400一方面进一步保证温差发电装置不会漏电，另一方面绝缘导热硅胶400不会影响热端扁平铝管100和冷端扁平铝管200的吸热和散热。

可选的，冷端扁平铝管200的内腔中焊接有散热加强筋201。通过散热加强筋201进一步提高冷端扁平铝管200的散热性能。

冷端扁平铝管200的外端面(此处的外端面意为远离半导体温差发电组件的侧端)上还设有若干散热翅片202。散热翅片202的内部为空心结构，散热翅片202的外壁上还设置有若干个散热条203和散热通孔204，散热条203的设计增加了散热翅片202与空气的接触面积，有利于提高散热效率，使温差发电装置的冷端扁平铝管200温度快速降低，有利于快速形成温度差。提高发电效率。

现有技术中的温差发电装置，热端和冷端之间一般都存在间隙，在温差发电过程中，热端的热量容易从间隙中的空气中流失，而间隙中的空气温度升高会将热量传递给冷端，这样，一方面热端容易流失热量，另一方面冷端的散热效果会降低，影响温差发电装置的发电效率。鉴于上述存在的问题，在热端扁平铝管100与冷端扁平铝管200之间形成的空间的四周围设有泡沫密封圈500。泡沫密封圈500对应于热端扁平铝管100与冷端扁平铝管200之间形成的空间的一侧的端面上开设有适于导线600通过的圆孔501。采用泡沫密封圈500便于阻止热端扁平铝管100在热传递时热量从热端扁平铝管100和冷端扁平铝管200之间形成的间隙空气中流失，从而使热端和冷端的温差变大，提高热能到电能的转化率。泡沫密封圈500的绝缘性还可以进一步防止漏电。

本实施例温差发电装置的实施原理为：

根据塞贝克效应将温差转化为电能，塞贝克效应(Seebeck effect)又称作第一热电效应，是指由于两种不同电导体或半导体的温度差异而引起两种物质间的电压差的热电现象。一般规定热电势方向为：在热端电流由负流向正。

在两种金属A和B组成的回路中，如果使两个接触点的温度不同，则在回路中将出现电流，称为热电流。相应的电动势称为热电势，其方向取决于温度梯度的方向。

塞贝克效应的实质在于两种金属接触时会产生接触电势差(电压)，该电势差取决于两种金属中的电子溢出功不同及两种金属中电子浓度不同造成的。半导体的温差电动势较大，可用作温差发电器。

半导体效应：产生Seebeck效应的主要原因是热端的载流子往冷端扩散的结果。例如p型半导体，由于其热端空穴的浓度较高，则空穴便从高温端向低温端扩散；在开路情况下，就在p型半导体的两端形成空间电荷(热端有负电荷，冷端有正电荷)，同时在半导体内部出现电场；当扩散作用与电场的漂移作用相互抵消时，即达到稳定状态，在半导体的两端就出现了由于温度梯度所引起的电动势——温差电动势。自然，n型半导体的温差电动势的方向是从低温端指向高温端(Seebeck系数为负)，相反，p型半导体的温差电动势的方向是高温端指向低温端(Seebeck系数为正)，因此利用温差电动势的方向即可判断半导体的导电类型。

可见，在有温度差的半导体中，即存在电场，因此这时半导体的能带是倾斜的，并且其中的Fermi能级也是倾斜的；两端Fermi能级的差就等于温差电动势。

实际上，影响Seebeck效应的因素还有两个：

第一个因素是载流子的能量和速度。因为热端和冷端的载流子能量不同，这实际上就反映了半导体Fermi能级在两端存在差异，因此这种作用也会对温差电动势造成影响——增强Seebeck效应。

第二个因素是声子。因为热端的声子数多于冷端，则声子也将要从高温端向低温端扩散，并在扩散过程中可与载流子碰撞、把能量传递给载流子，从而加速了载流子的运动——声子牵引，这种作用会增加载流子在冷端的积累、增强Seebeck效应。

半导体的Seebeck效应较显著。一般，半导体的Seebeck系数为数百mV/K，这要比金属的高得多。

作为本实施例的一种实施方式：处理每天10吨的高温废水热能利用：定制两块50mm×300mm×700mm尺寸的空心扁平铝管，一端开口，一端焊接住；将102片温差发电片以17个一组串联，然后6组并联形式用导热性能较好的导热硅胶粘接在两块定制铝板之间，制作成一个单体电源，将30个单体电源并联和串联后形成小型电站，日通过废水10吨。冷端为20℃的常温水循环通过，热端加入80℃工业废水通过，当冷端和热端温差为60℃时，测出发电装置输出功率为2000w，输出直流电压为220v，热能转换为电能的转换效率为6.3％。

作为本实施例的第二种实施方式：液化石油气加气站冷能应用：定制两块50mm×300mm×700mm尺寸的空心扁平铝管，一端开口，一端焊接住；将102片温差发电片以34个一组串联，然后3组并联形式用导热性能较好的导热硅胶粘接在两块定制铝板之间，制作成一个单体电源。-40℃液化石油气，经汽化后汽化冷端通过电源的冷端，热端加入20℃的室温水供循环，当冷端和热端温差降为60℃时，测出发电装置输出功率为80w，输出直流电压为52v，热能转换为电能的转换效率为8.3％。

作为本实施例的第三种实施方式：小型城市燃气输配站冷能利用：定制两块50mm×300mm×700mm尺寸的空心扁平铝管，一端开口，一端焊接住；将102片温差发电片以17个一组串联，然后6组并联形式用导热性能较好的导热硅胶粘接在两块定制铝板之间，制作成一个单体电源，将100个单体电源并联和串联后形成小型电站，日通过天然气5万立方米。冷端通入-40℃降压后的天然气，热端加天然气入20℃的室温水，当冷端和热端温差降为60℃时，测出发电装置输出功率为5000w，输出直流电压为220v，热能转换为电能的转换效率为6.7％。

作为本实施例的第四种实施方式：页岩气井输配站冷能利用：定制两块50mm×300mm×700mm尺寸的空心扁平铝管，一端开口，一端焊接住；将102片温差发电片以34个一组串联，然后3组并联形式用导热性能较好的导热硅胶粘接在两块定制铝板之间，制作成一个单体电源，页岩气输配站每天处理高压(20MPa)天然气10万立方米，将100个单体电源并联和串联后形成小型电站，日通过天然气10万立方米。冷端通入-60℃页岩气集输站的冷能，热端加入20℃的环境水进行循环，当冷端和热端温差降为80℃时，测出发电装置输出功率为5000w，输出直流电压为220v，热能转换为电能的转换效率为8.7％。

综上，本实用新型可以可根据具体负载大小来调节单体电池的串并联方式，发电结构简单、体积小、无振动、无噪音、使用寿命长、无污染、维修方便。

实施例2：

如图6和图7所示，在实施例1的温差发电装置，本实施例提供了一种温差发电装置，本实施例的温差发电装置与实施例1的温差发电装置的大致结构相同，区别在于本实施例的半导体温差发电组件通过一吸热板700与热端扁平铝管100相接；以及半导体温差发电组件通过一散热板800与冷端扁平铝管200相接。

热端扁平铝管100与吸热板700之间、吸热板700与半导体温差发电组件之间，以及半导体温差发电组件与冷端扁平铝管200之间均设有高导热界面层900。

本实施例中的高导热界面层900采用例如但不限于高导热石墨纸。具体的高导热石墨纸采用例如但不限于鳞片石墨纸。

通过设计的高导热界面层900，即用一种可压缩的柔性材料填充不规则表面造成的孔隙，以这种导热系数大的物质来替代微小孔隙中的导热，使得界面间的导热由点接触变为整个界面接触来导热，可以显著提高整个界面的导热系数，从而到达提高发电效率的目的。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种温差发电装置，其特征在于，包括：热端扁平铝管(100)、与所述热端扁平铝管(100)相对设置的冷端扁平铝管(200)，以及设置于所述热端扁平铝管(100)与所述冷端扁平铝管(200)之间的半导体温差发电组件；其中

所述半导体温差发电组件包括若干个串并联连接的半导体热电部件(300)；

所述半导体热电部件(300)上连接有适于将各个半导体热电部件(300)串并联连接的导线(600)。

2.根据权利要求1所述的温差发电装置，其特征在于，所述半导体温差发电组件包括若干个并联相接的半导体热电单元；

所述半导体热电单元包括若干个串联相连的半导体热电部件(300)；以及

每个半导体热电单元包含的半导体热电部件(300)的数量相同。

3.根据权利要求2所述的温差发电装置，其特征在于，所述热端扁平铝管(100)和冷端扁平铝管(200)相对的内侧壁面上分别设有一层导热硅胶(301)；

所述导热硅胶(301)用于实现热端扁平铝管(100)和冷端扁平铝管(200)分别与半导体热电部件(300)的粘接。

4.根据权利要求2所述的温差发电装置，其特征在于，所述半导体温差发电组件通过一吸热板(700)与所述热端扁平铝管(100)相接；以及

所述半导体温差发电组件通过一散热板(800)与冷端扁平铝管(200)相接。

5.根据权利要求4所述的温差发电装置，其特征在于，所述热端扁平铝管(100)与吸热板(700)之间、吸热板(700)与半导体温差发电组件之间，以及半导体温差发电组件与冷端扁平铝管(200)之间均设有高导热界面层(900)。

6.根据权利要求1所述的温差发电装置，其特征在于，所述热端扁平铝管(100)采用铝板焊接而成的管状结构；

所述热端扁平铝管(100)的一端管口为封闭结构，另一端管口为开口结构；以及

所述冷端扁平铝管(200)采用铝板焊接而成的管状结构；

所述冷端扁平铝管(200)的一端管口为封闭结构，另一端管口为开口结构。

7.根据权利要求1所述的温差发电装置，其特征在于，所述热端扁平铝管(100)和冷端扁平铝管(200)的外表面分别粘接有一层绝缘导热硅胶(400)。

8.根据权利要求1或7任一项所述的温差发电装置，其特征在于，所述冷端扁平铝管(200)的内腔中焊接有散热加强筋(201)。

9.根据权利要求1或7任一项所述的温差发电装置，其特征在于，所述冷端扁平铝管(200)的外端面上还设有若干散热翅片(202)。

10.根据权利要求1所述的温差发电装置，其特征在于，所述热端扁平铝管(100)与所述冷端扁平铝管(200)之间形成的空间的四周围设有泡沫密封圈(500)。