TWI572070B - Flexible thermoelectric generator - Google Patents

Flexible thermoelectric generator Download PDF

Info

Publication number
TWI572070B
TWI572070B TW104114640A TW104114640A TWI572070B TW I572070 B TWI572070 B TW I572070B TW 104114640 A TW104114640 A TW 104114640A TW 104114640 A TW104114640 A TW 104114640A TW I572070 B TWI572070 B TW I572070B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
power generation
thermoelectric power
region
flexible
fixing plate
Prior art date
Application number
TW104114640A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201640706A (zh
Inventor
Wei-Ren Ding
kun-long Bai
Ming-Jie Xie
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed filed Critical
Priority to TW104114640A priority Critical patent/TWI572070B/zh
Publication of TW201640706A publication Critical patent/TW201640706A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI572070B publication Critical patent/TWI572070B/zh

Links

Description

可撓式溫差發電裝置
本發明係有關一種可撓式溫差發電裝置,尤指一種兼具溫差發電裝置可撓曲,與遇到外力變形時仍可保持供電之可撓式溫差發電裝置。
參閱第十圖,此為傳統式致冷晶片之動作原理,當電池有電壓差時,電流先流經N型半導體61,再流經P型半導體62,使其產生一冷端63A及一熱端63B,而傳統之導體64係為平板,透過焊錫接著黏固。
參閱第十一圖,此為傳統式致冷晶片之反向利用作為溫差發電之動作原理,亦即利用溫差來產生電流(即發電),當使其位於冷端63A及熱端63B之環境時,會產生電流,由於此亦為習知技術,恕不贅述。
參閱第十二、第十三及第十四圖,此為傳統之溫差發電模組,係具有一固定基板71、複數個平板狀之下導體72、複數個P型半導體73、複數個N型半導體74,複數個平板狀之上導體75及兩連外導線76。
如第十五A、第十五B及第十五C圖所示(分別代表第十二圖組合後之不同高度位置之橫剖圖)分別為該複數個上導體75、該複數個P型半導體73與該複數個N型半導體74、以及該複數個下導體72之剖視圖。
然而傳統之溫差發電模組之缺點包括:
[1]其固定基板無法撓曲。由於傳統之溫差發電模組之固定 基板是剛性的非撓性結構,不能彎曲。當應用於人體(熱源90)穿戴裝置時(有可能是製成背心、頭帶、或護腕狀之結構,第十六圖僅為人體穿戴裝置之參考,先前技術之元件編號仍以第十七A圖為主),因人體之表面多數為不規則狀,故如第十七A圖之點a至點b之間,即呈直線狀,不能有效服貼與運作。
[2]導熱接觸面積小效率差。另外,若是應用於剛性結構之熱源90(參閱第十七B圖,例如排氣熱管、熱水管、、、等剛性結構之熱源90),導致導熱接觸面積相當小(可能只有導熱點A、B、C、D),也因為導熱接觸面積小,而大幅減少了溫差發電的效率。
[3]遇到外力變形時亦造成斷路。由於傳統之溫差發電模組是串聯之接法,複數個上、下導體均透過焊錫接著黏合,一旦受到外力而碎裂,串聯中之任一處即成斷路,則整個斷開無效。
有鑑於此,必需研發出可解決上述習用缺點之技術。
本發明之目的,在於提供一種可撓式溫差發電裝置,其兼具溫差發電裝置可撓曲,與遇到外力變形時仍可保持供電等優點。特別是,本發明所欲解決之問題係在於傳統裝置之固定基板無法撓曲,遇到外力變形時造成斷路而無效等問題。
解決上述問題之技術手段係提供一種可撓式溫差發電裝置,其包括:一可撓式基板,係為可撓結構,並具有一第一基板表面及一第二基板表面; M個溫差發電單元,該每一溫差發電單元係具有一頂面、四個側表面及一底面;其中之M為正整數且M≧8之偶數,該M個溫差發電單元係於該可撓式基板上,依序排列而形成第1至第M個的排列順序;該第1、該第3、該第5至第M-1個係為P型半導體;該第2、該第4、該第6至該第M個係為N型半導體;複數個上導體,該每一上導體係具有:一上固定板,係具有一上P區、一上N區及一上中央區;該上P區係連結相對應之該P型半導體之該頂面,該上N區係連結相對應之該N型半導體之該頂面,該上中央區係介於該上P、該上N區之間;至少六個上輔助板,係分別從該上固定板之周緣向下延伸,並分別固定該P型半導體之其中三個側表面,及排列順序後一個之該N型半導體之其中三個側表面;至少一對上開口部,係介於相鄰之該上輔助板之間,且達該上固定板之側緣;複數個下導體,該每一下導體係具有:一下固定板,係具有一下P區、一下N區及一下中央區;該下P區係連結於相對應該P型半導體之該底面,該下N區係連結於相對應之該N型半導體之該底面,該下中央區係介於該下P、該下N區之間;至少六個下輔助板,係分別從該下固定板之周緣向上延伸,並分別固定該N型半導體之其中三個側表面,及排列順序後一個之該P型半導體之其中三個側表面; 至少一對下開口部,係介於相鄰之該下輔助板之間,且達該下固定板之側緣;藉此,該複數個上導體及該複數個下導體,係使該M個溫差發電單元形成一串聯之導電關係;又,該複數個下導體係絕緣固定於該可撓式基板之該第一基板表面;當該複數個上導體用以接近一熱源,且該可撓式基板之第二基板表面用以接近一冷端時,該複數個上、下導體之間係可產生電流;又,當該可撓式基板彎曲時,該複數對上開口部與該複數對下開口部係提供一緩衝空間而增加該可撓式溫差發電裝置最大容許彎曲變形量。
本發明之上述目的與優點,不難從下述所選用實施例之詳細說明與附圖中,獲得深入瞭解。
茲以下列實施例並配合圖式詳細說明本發明於後:
10‧‧‧可撓式基板
11‧‧‧第一基板表面
12‧‧‧第二基板表面
20‧‧‧溫差發電單元
21‧‧‧頂面
22‧‧‧側表面
23‧‧‧底面
30、75‧‧‧上導體
30A‧‧‧絕緣導熱層
31‧‧‧上固定板
31A‧‧‧上P區
31B‧‧‧上N區
31C‧‧‧上中央區
31D‧‧‧上中央加強板
32‧‧‧上輔助板
33‧‧‧上開口部
331‧‧‧上端緣
40、72‧‧‧下導體
41‧‧‧下固定板
41A‧‧‧下P區
41B‧‧‧下N區
41C‧‧‧下中央區
41D‧‧‧下中央加強板
42‧‧‧下輔助板
43‧‧‧下開口部
431‧‧‧下端緣
50‧‧‧軟質阻熱絕緣結構
61‧‧‧N型半導體
62‧‧‧P型半導體
63A‧‧‧冷端
63B‧‧‧熱端
64‧‧‧導體
71‧‧‧固定基板
73‧‧‧P型半導體
74‧‧‧N型半導體
76‧‧‧連外導線
90‧‧‧熱源
a、b、c、d‧‧‧點
A、B、C、D‧‧‧導熱點
θ 1‧‧‧向上撓折角度
θ 2‧‧‧向下撓折角度
第一圖係本發明之分解示意圖
第二圖係本發明之示意圖
第三圖係第二圖之剖視圖
第四A及第四B圖係分別為第二圖之向上彎曲與向下彎曲之示意圖
第五圖係第一圖之部分結構之示意圖
第六A圖係本發明之導體呈平面狀態之示意圖
第六B圖係第六A圖之其他角度之示意圖
第六C圖係第六B圖之其他角度之示意圖
第七圖係第六C圖之其他應用例之示意圖
第八圖係第七圖之再設置中央加強板之示意圖
第九圖係第八圖之應用例之示意圖
第十圖係傳統式致冷晶片之示意圖
第十一圖係第十圖之反向利用作為溫差發電之示意圖
第十二圖係傳統之溫差發電模組之示意圖
第十三圖係第十二圖之串聯後狀態之示意圖
第十四圖係第十三圖之示意圖
第十五A、第十五B及第十五C圖分別為第十二圖之上導體橫剖、P型半導體及N型半導體橫剖,與下導體之橫剖之示意圖
第十六圖係溫差發電裝置之應用例之示意圖
第十七A圖係為傳統裝置不可撓折之實施於人體之應用例之示意圖
第十七B圖係為傳統裝置不可撓折之實施於熱源(管)之應用例之示意圖
第十七C圖係為本發明之可撓折之應用例之示意圖
參閱第一、第二、第三、第五、第六A、第六B及第六C圖,本發明係為一種可撓式溫差發電裝置,其包括:一可撓式基板10,係為可撓結構,並具有一第一基板表面11及一第二基板表面12;M個溫差發電單元20,該每一溫差發電單元20係具有一頂面21、四個側表面22及一底面23;其中之M為正整數且M≧8之偶數, 該M個溫差發電單元20係於該可撓式基板10上,依序排列而形成第1至第M個的排列順序;該第1、該第3、該第5至第M-1個係為P型半導體;該第2、該第4、該第6至該第M個係為N型半導體;複數個上導體30,該每一上導體30係具有:一上固定板31,係具有一上P區31A、一上N區31B及一上中央區31C;該上P區31A係連結相對應之該P型半導體之該頂面21,該上N區31B係連結相對應之該N型半導體之該頂面21,該上中央區31C係介於該上P、該上N區31A與31B之間;-至少六個上輔助板32,係分別從該上固定板31之周緣向下延伸,並分別固定該P型半導體之其中三個側表面22,及排列順序後一個之該N型半導體之其中三個側表面22;至少一對上開口部33,係介於相鄰之該上輔助板32之間,該每一上開口部33具有一上端緣331,其係達該上固定板31;複數個下導體40,該每一下導體40係具有:一下固定板41,係具有一下P區41A、一下N區41B及一下中央區41C;該下P區41A係連結於相對應該P型半導體之該底面23,該下N區41B係連結於相對應之該N型半導體之該底面23,該下中央區41C係介於該下P、該下N區41A與41B之間;至少六個下輔助板42,係分別從該下固定板41之周緣向上延伸,並分別固定該N型半導體之其中三個側表面22,及排列順序後一個之該P型半導體之其中三個側表面22;至少一對下開口部43,係介於相鄰之該下輔助板42之間 ,該每一下開口部43係具有一下端緣431,其係達該下固定板41;藉此,該複數個上導體30及該複數個下導體40,係使該M個溫差發電單元20形成一串聯之導電關係;又,該複數個下導體40係絕緣固定於該可撓式基板10之該第一基板表面11;當該複數個上導體30用以接近一熱源90(參閱第十六及第十七C圖),且該可撓式基板10之第二基板表面12用以接近一冷端時,該複數個上、下導體30與40之間係可產生電流;又,當該可撓式基板10彎曲(如第四A及第四B圖所示,分別呈現一向上撓折角度θ 1與一向下撓折角度θ 2)時,該複數對上開口部33與該複數對下開口部43係提供一緩衝空間而增加該可撓式溫差發電裝置最大容許彎曲變形量。
實務上,該溫差發電單元20可為直狀之矩形柱體、桶狀結構、圓柱狀結構、矩形結構、錐狀結構其中至少一者。
該上導體30可為導電、導熱結構。
該上導體30又包括一絕緣導熱層30A(如第一圖所示),係覆設(可為複數片而分別覆設於該每一上導體30上,亦可為單一大面積可撓性結構,而覆設於該複數個上導體30上)於該上導體30上,用以與該熱源90(參閱第十六及第十七C圖)間構成絕緣,且用以與該熱源90間構成導熱。
該上開口部33可為裂縫形狀、三角形狀(參閱第一圖,該上端緣331可為三角形狀之頂點或是接近頂點,圖面僅供參考,合先陳明)、不規則形狀(參閱第七、第八及第九圖,假設為“朝該上中央區31C之兩側內凹”之不規則形狀,該上端緣331可為不規則形狀之最邊緣或是接近最 邊緣,圖面僅供參考,合先陳明)其中至少一者。
該下導體40可為導電、導熱結構。
該下開口部43可為裂縫形狀、三角形狀(參閱第一圖,該下端緣431可為三角形狀之頂點或是接近頂點,圖面僅供參考,合先陳明)、不規則形狀(參閱第七、第八及第九圖,假設為“朝該下中央區41C之兩側內凹”之不規則形狀,該下端緣431可為不規則形狀之最邊緣或是接近最邊緣,圖面僅供參考,合先陳明)其中至少一者。
該上導體30與該下導體40之結構相同,僅設置處分別位於該溫差發電單元20之頂面21與底面23,在此以該上導體30為例說明如下:參閱第六A、第六B及第六C圖,該上(下)中央區31C(41C)係位於該上(下)固定板31(41)上,且與該對上(下)開口部33(43)相對應。
該上固定板31可再包括:至少一對上中央加強板31D(參閱第八圖),係從該上固定板31上,朝不規則形狀之該上開口部33延伸出去,供該上導體30固定於相對應之該溫差發電單元20之該側表面22(參閱第九圖)。
該上中央加強板31D係設至少兩片(呈對角分佈)或是複數對(本案為兩對)。
該下固定板41可再包括:至少一對下中央加強板41D,係從該下固定板41上,朝不規則形狀之該下開口部43延伸出去,供該下導體40固定於相對應之該溫差發電單元20之該側表面22。
該下中央加強板41D係設至少兩片(呈對角分佈)或是複數對(本案為兩對)。
本發明可再包括:一軟質阻熱絕緣結構50,係灌注成型於該第一基板表面11、該複數個溫差發電單元20、該上導體30與該複數個下導體40之間的縫隙中(參閱第二及第三圖)。
本發明主要應用於溫差發電,當將該複數個上導體30(也可以是該絕緣導熱層30A)接近該熱源90(參閱第十六圖,假設為人體),且該第二基板表面12接近一冷端(相對比人體體溫為低的外界溫度)時,該複數個上、下導體30與40之間係產生電流。
本發明之重點在於:該可撓式基板10係為可撓結構,該每一上導體30係具有一對上開口部33,且該每一下導體40係具有一對下開口部43。藉此,不論該可撓式基板10呈一向上撓折角度θ 1(如第四A圖所示),或是呈一向下撓折角度θ 2(如第四B圖所示),該複數對上開口部33與該複數對下開口部43皆可供一緩衝空間(可供撓折緩衝與張力消除等功效),而供該可撓式溫差發電裝置最大容許彎曲變形量。
參閱第十六及第十七C圖,當應用於人體穿戴裝置時,由於本發明可撓折,故會順著人體(參閱第十七C圖,假設使用在概呈不規則圓圈狀之上臂,可使點c至點d之間呈弧線),增加穿戴舒適性。
重點在於,應用於人體(上臂,呈不規則圓圈狀)都能呈服貼,則當應用於剛性結構之熱源90(例如排氣熱管、熱水管、、、等剛性結構 之熱源90),也可呈服貼(未予圖面贅述,合先陳明)。
本發明之優點及功效係可歸納如下:
[1]溫差發電裝置可撓曲。本發明之可撓式基板係為可撓結構,且上、下導體分別具有上、下開口部,使得可撓式溫差發電裝置至少可向上或是向下撓折,並具有最大容許彎曲變形量。故,溫差發電裝置可撓曲。
[2]遇到外力變形時仍可保持供電。本發明設有可撓式基板,且每一導體不只固定於相對應之溫差發電單元的頂面與底面,並固定於溫差發電單元之側面,當可撓式溫差發電裝置遇外力時,除可撓式基板可撓折外,每一導體均可提供緩衝空間,而帶動相鄰溫差發電單元隨之位移。亦即,遇到外力不僅不會損壞,還可維持正常的溫差發電功能。故,遇到外力變形時仍可保持供電。
以上僅是藉由較佳實施例詳細說明本發明,對於該實施例所做的任何簡單修改與變化,皆不脫離本發明之精神與範圍。
10‧‧‧可撓式基板
11‧‧‧第一基板表面
12‧‧‧第二基板表面
20‧‧‧溫差發電單元
30‧‧‧上導體
31‧‧‧上固定板
32‧‧‧上輔助板
33‧‧‧上開口部
331‧‧‧上端緣
40‧‧‧下導體
41‧‧‧下固定板
42‧‧‧下輔助板
43‧‧‧下開口部
431‧‧‧下端緣
θ 1‧‧‧向上撓折角度

Claims (10)

  1. 一種可撓式溫差發電裝置,係包括:一可撓式基板,係為可撓結構,並具有一第一基板表面及一第二基板表面;M個溫差發電單元,該每一溫差發電單元係具有一頂面、四個側表面及一底面;其中之M為正整數且M≧8之偶數,該M個溫差發電單元係於該可撓式基板上,依序排列而形成第1至第M個的排列順序;該第1、該第3、該第5至第M-1個係為P型半導體;該第2、該第4、該第6至該第M個係為N型半導體;複數個上導體,該每一上導體係具有:一上固定板,係具有一上P區、一上N區及一上中央區;該上P區係連結相對應之該P型半導體之該頂面,該上N區係連結相對應之該N型半導體之該頂面,該上中央區係介於該上P、該上N區之間;至少六個上輔助板,係分別從該上固定板之周緣向下延伸,並分別固定該P型半導體之其中三個側表面,及排列順序後一個之該N型半導體之其中三個側表面;至少一對上開口部,係介於相鄰之該上輔助板之間,該每一上開口部具有一上端緣,其係達該上固定板;複數個下導體,該每一下導體係具有:一下固定板,係具有一下P區、一下N區及一下中央區;該下P區係連結於相對應該P型半導體之該底面,該下N區係連結於相對應之該N型半導體之該底面,該下中央區係介於該下P、該下N區之間 ;至少六個下輔助板,係分別從該下固定板之周緣向上延伸,並分別固定該N型半導體之其中三個側表面,及排列順序後一個之該P型半導體之其中三個側表面;至少一對下開口部,係介於相鄰之該下輔助板之間,該每一下開口部係具有一下端緣,其係達該下固定板;藉此,該複數個上導體及該複數個下導體,係使該M個溫差發電單元形成一串聯之導電關係;又,該複數個下導體係絕緣固定於該可撓式基板之該第一基板表面;當該複數個上導體用以接近一熱源,且該可撓式基板之第二基板表面用以接近一冷端時,該複數個上、下導體之間係可產生電流;又,當該可撓式基板彎曲時,該複數對上開口部與該複數對下開口部係提供一緩衝空間而增加該可撓式溫差發電裝置最大容許彎曲變形量。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之可撓式溫差發電裝置,其中,該每一溫差發電單元係為直狀之矩形柱體、桶狀結構、圓柱狀結構、矩形結構、錐狀結構其中至少一者。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之可撓式溫差發電裝置,其中:該上導體係為導電、導熱結構;該下導體係為導電、導熱結構。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之可撓式溫差發電裝置,其中,該上導體又包括一絕緣導熱層,係覆設於該上導體上,用以與該熱源間構成導熱,且與該熱源間構成絕緣。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之可撓式溫差發電裝置,其中:該上中央區係位於該上固定板上,且與該對上開口部相對應;該下中央區係位於該下固定板上,且與該對下開口部相對應。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之可撓式溫差發電裝置,其中:該上開口部係為裂縫形狀、三角形狀、不規則形狀其中至少一者;該下開口部係為裂縫形狀、三角形狀、不規則形狀其中至少一者。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之可撓式溫差發電裝置,其中:該上固定板又包括:至少一對上中央加強板,係從該上固定板上,朝不規則形狀之該上開口部延伸出去,供該上導體固定於相對應之該溫差發電單元之該側表面;該下固定板又包括:至少一對下中央加強板,係從該下固定板上,朝不規則形狀之該下開口部延伸出去,供該下導體固定於相對應之該溫差發電單元之該側表面。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之可撓式溫差發電裝置,其中:該上中央加強板係設至少兩片,互呈對角分佈;該下中央加強板係設至少兩片,互呈對角分佈。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之可撓式溫差發電裝置,其中:該上中央加強板係設兩對;該下中央加強板係設兩對。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之可撓式溫差發電裝置,其又包括: 一軟質阻熱絕緣結構,係灌注成型於該第一基板表面、該複數個溫差發電單元、該上導體與該複數個下導體之間的縫隙中。
TW104114640A 2015-05-08 2015-05-08 Flexible thermoelectric generator TWI572070B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW104114640A TWI572070B (zh) 2015-05-08 2015-05-08 Flexible thermoelectric generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW104114640A TWI572070B (zh) 2015-05-08 2015-05-08 Flexible thermoelectric generator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201640706A TW201640706A (zh) 2016-11-16
TWI572070B true TWI572070B (zh) 2017-02-21

Family

ID=57850741

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW104114640A TWI572070B (zh) 2015-05-08 2015-05-08 Flexible thermoelectric generator

Country Status (1)

Country Link
TW (1) TWI572070B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080223427A1 (en) * 2007-03-15 2008-09-18 Ibiden Co., Ltd. Thermoelectric converter
TW201327951A (zh) * 2011-12-26 2013-07-01 Ind Tech Res Inst 熱電發電裝置與模組
US20130263906A1 (en) * 2012-04-09 2013-10-10 Panasonic Corporation Thermoelectric conversion element and thermoelectric conversion module
TW201431142A (zh) * 2013-01-24 2014-08-01 Denso Corp 熱電轉換裝置之製造方法、具備熱電轉換裝置之電子裝置之製造方法、熱電轉換裝置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080223427A1 (en) * 2007-03-15 2008-09-18 Ibiden Co., Ltd. Thermoelectric converter
TW201327951A (zh) * 2011-12-26 2013-07-01 Ind Tech Res Inst 熱電發電裝置與模組
US20130263906A1 (en) * 2012-04-09 2013-10-10 Panasonic Corporation Thermoelectric conversion element and thermoelectric conversion module
TW201431142A (zh) * 2013-01-24 2014-08-01 Denso Corp 熱電轉換裝置之製造方法、具備熱電轉換裝置之電子裝置之製造方法、熱電轉換裝置

Also Published As

Publication number Publication date
TW201640706A (zh) 2016-11-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106663706B (zh) 太阳能面板
JP6081583B2 (ja) 熱電モジュール、熱交換器、排気システム及び内燃機関
JP2010245265A (ja) 熱電モジュール
KR20180048261A (ko) 유연 열전 모듈 및 이를 포함하는 열전 장치
JP2003124531A (ja) 熱電モジュール
US20120023970A1 (en) Cooling and heating water system using thermoelectric module and method for manufacturing the same
US8008573B2 (en) Integrated package structure having solar cell and thermoelectric element and method of fabricating the same
JP2015115590A (ja) 熱電変換モジュール
CN105378955B (zh) 载体元件和模块
JP7183794B2 (ja) 熱電変換モジュール
EP3164896B1 (en) Thermoelectric module
JP2011129552A (ja) 熱発電モジュール
US9379300B2 (en) Floating heat sink support with copper sheets and LED package assembly for LED flip chip package
TWI572070B (zh) Flexible thermoelectric generator
JP2012119450A (ja) 熱電変換モジュール
US9810130B2 (en) Generator for internal combustion engine
JP2012174911A (ja) 熱電変換モジュール
JP6066743B2 (ja) 熱電変換モジュール
TW201338176A (zh) 散熱結構
CN203814117U (zh) 导热垫以及主板
US11316091B2 (en) Thermoelectric module, frame for the same, and vehicle including the thermoelectric module
KR101774651B1 (ko) 열전모듈
US20180226559A1 (en) Thermoelectric conversion device
JP2020126986A (ja) 熱電変換装置
TW201414980A (zh) 散熱器

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees