[發明專利]一種冷、熱端分離式新Л型溫差發電模塊及其制作方法

無效

• 申請號: 200910229139.2
• 申請日: 2009-12-11
• 公開（公告）號: CN101719747A
• 公開（公告）日: 2010-06-02
• 發明（設計）人: 程方杰
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H02N11/00
• 分類號: H02N11/00;H01L35/28;H01L35/34
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司 12108
• 代理人: 呂志英

技術領域

本發明屬于溫差發電模塊的設計與封裝技術領域，特別是涉及一種冷、熱端分離式溫差發電模塊結構及其制作方法。

背景技術

溫差發電是利用材料的塞貝克(Seebeck)效應，直接將熱能轉換為電能的一種熱電轉換裝置。溫差發電由于沒有機械運動部件，所以具有無噪音、免維護、使用壽命長等優點。近年來隨著全球范圍內的能源緊缺，在各領域進行節能減排和能源回收利用的呼聲越來越高，而半導體溫差發電在利用低品位熱能，如發動機尾氣的余熱、熱電廠的余熱、垃圾焚燒產生的熱量等方面有著廣闊的前景。

目前，溫差發電器件的結構基本上都是采用如圖1所示的所謂“熱并聯、電串聯”的Л型結構。溫差發電器件的兩個熱臂1a(P型)和2a(N型)的上端連接在熱源側的集熱板4a的上，其下端連接低溫側的散熱板5a上，相鄰熱臂的冷端和熱端分別由導電片3a進行連接，構成一個串聯回路。其特點是每個熱臂均由一塊P型或N型溫差半導體材料構成，它的一端接熱源，形成熱端；另一端接散熱板，形成冷端。這種結構由于每個熱臂的冷、熱端在一塊溫差半導體材料上，使得大量的熱量從熱端經過溫差半導體材料自身很快傳導到冷端，難以在冷端和熱端之間建立和維持一個高的、穩定的溫度差。為了保證冷、熱端的溫差，就需要在冷端進行強制散熱，大量的熱量就經熱臂直接傳導出去，熱能轉化為電能的效率很低。這是造成目前溫差發電效率低的根本原因之一。同時，這種傳統的Л型結構一般只能做成薄的平板型三明治結構，對于各種形式的熱源結構的適應性差，熱漏較大。提高熱電材料的優值系數，即提高導電率的同時降低其導熱率是溫差轉換效率的途徑之一。但是目前溫差半導體材料的優值系數普遍較低，大幅度提高尚存在很大困難。

發明內容

為了解決傳統的“熱并聯、電串聯”的Л型溫差發電器結構所存在的熱臂導熱引起的熱量散失大，難以建立和維持大的溫度差以及熱電轉換效率低等問題，本發明的目的是提供一種冷、熱端分離式的新Л型溫差發電模塊及其制作方法，以減少由于熱臂導熱造成的熱量散失，提高和穩定冷端和熱端之間的溫度差，進而提高溫差發電的熱電轉換效率；同時使溫差發電模塊結構設計更靈活，便于與各種形式的熱源匹配，減少熱漏。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是提供一種冷、熱端分離式的新Л型溫差發電模塊，其中：該溫差發電模塊包括有多個冷、熱端分離式P型熱臂和N型熱臂，其中的P型熱臂由兩個P型溫差半導體材料和一個連接導體組成，其中一塊P型溫差半導體材料固定于連接導體的一端，作為P型熱端；另一塊溫差半導體材料固定于連接導體的另一端，作為P型冷端；N型熱臂由兩個N型溫差半導體材料和一個連接導體組成，其中一塊N型溫差半導體固定于連接導體的一端，作為N型熱端，另一塊N型溫差半導體材料固定于連接導體的另一端，作為N型冷端；然后將P、N型兩個熱臂的P型熱端和N型熱端連接在一起形成一個熱臂對；將多個這樣的熱臂對的冷端串聯起來，所有的熱端溫差半導體材料構成熱端面，所有的冷端溫差半導體材料構成冷端面；從所述冷端面兩端的兩個溫差半導體材料上引出輸出電極，即構成冷、熱端分離式的新Л型溫差半導體發電模塊。

同時還提供一種冷端和熱端分離的溫差發電模塊的制作方法。

本發明的有益效果是：首先，連接每一個P型和N型熱臂冷、熱端的連接導體由Cu、Al、Ag等導電性能良好的金屬導體或其合金材料制成，由于其高的導電率，可以做成截面積很小的箔帶狀，經過它從熱端傳導到冷端的熱量就大幅下降，減少了熱量散失同時也降低了熱臂的電阻，從而可以提高熱電轉換效率和輸出功率。第二，采用這種冷、熱端分離的熱臂結構，容易在溫差發電模塊的熱端面和冷端面之間建立起高的而且穩定的溫度差，提高輸出的溫差電勢及輸出穩定性。第三，這種冷、熱端分離的溫差發電模塊結構，由于熱端和冷端由連接導體進行連接，在結構設計上非常靈活，可以設計成各種形狀與不同的熱源配合，減少熱漏，提高熱能的利用效率。

附圖說明

圖1為傳統的“熱并聯、電串聯”的Л型結構溫差發電模塊原理圖；

圖2(a)為本發明的冷、熱端分離式新Л型溫差發電模塊的一個熱臂對的構成原理圖；

圖2(b)為本發明的冷、熱端分離式新Л型溫差發電模塊的結構示意圖；

圖3為本發明的冷、熱端分離式新Л型溫差發電模塊的制作過程示意圖；

圖4(a)為具體實施例1的布置連接導體的基板的印刷電路結構圖；

圖4(b)為具體實施例1的布置導電片的基板的印刷電路結構圖；

圖4(c)為具體實施例1的制作過程及制成的模塊示意圖；