[發明專利]具有功能梯度熱電臂的環形陣列溫差發電器

無效

• 申請號: 201110394468.X
• 申請日: 2011-12-02
• 公開（公告）號: CN102510244A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 梅德慶;沈輝;姚喆赫;陳子辰
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02N11/00
• 分類號: H02N11/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本發明涉及一種溫差發電器，尤其是涉及一種具有功能梯度熱電臂的環形陣列溫差發電器。

背景技術

溫差發電是基于熱電材料的塞貝克效應發展起來的一種發電技術，將P型和N型兩種不同類型的熱電材料一端相連形成一個PN結，并置于高溫狀態，另一端形成低溫，則由于熱激發作用，P（N）型材料高溫端空穴（電子）濃度高于低溫端，因此在這種濃度梯度的驅動下，空穴和電子就開始向低溫端擴散，從而形成電動勢，此時熱電材料就通過高低溫端之間的溫度差完成了將高溫端輸入的熱量直接轉化為電能的過程。如果將多個PN結構成的熱電偶串聯起來，就可以得到高電壓，形成溫差發電器。

溫差發電技術的研究始于20世紀40年代，美國能源部的空間與防御動力系統辦公室曾稱溫差發電是“被證明為性能可靠、維修少、可在極端惡劣環境下長時間工作的動力技術”。該技術是一種全固態能量轉換方式，無需化學反應，因而在發電過程中具有無噪音、無磨損、無介質泄露、移動方便、體積小、質量輕、使用壽命長等優點。溫差發電在航空、軍事等領域得到了廣泛的應用，美國和前蘇聯先后研制了數千個放射性同位素或者核反應堆溫差發電器?，用作空間、海洋裝置的電源。隨著能源危機的加速，發達國家都更加重視溫差電技術在各個領域的研究，而且取得了長足的進展。國內溫差發電方面的研究，主要集中在發電器理論和熱電材料制備方面，但是在溫差發電器的綜合設計和應用方面的研究還很欠缺，因此設計出應用于不同的場合的高性能溫差發電器具有非常現實的意義。目前，針對具有功能梯度的環形陣列溫差發電器的研究報道很少見。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有功能梯度熱電臂的環形陣列溫差發電器，能利用工業余熱、機動車尾氣余熱、太陽熱能和人體溫差等熱能進行發電；另外，該發電器的熱電臂具有功能梯度結構，可以工作在較大的溫差范圍內，提高了能源的利用率。

本發明采用的技術方案是：

本發明包括高溫端熱交換器、低溫端熱交換器、兩個套筒、多個P型熱電臂、與P型熱電臂個數相同的N型熱電臂和四個密封圈；高溫端熱交換器：其圓筒內中部開有多個與兩端對稱等分分布的翅片，與翅片相對的圓筒外開有多個等分分布的傳熱臂，未開有翅片的圓筒外兩端分別開有等分分布的固定用螺紋孔，圓筒兩端面分別開有等分分布的連接用螺紋孔；低溫端熱交換器：其圓筒內中部開有多個與兩端對稱等分分布的冷卻臂，在每個冷卻臂上均開有軸向第一冷卻水孔，圓筒端面分別開有連接用第一通孔；高溫端熱交換器的傳熱臂的一側從內至外分別安裝第一密封圈和第二密封圈，第一套筒套在高溫端熱交換器的圓筒外，壓在第二密封圈上定位；高溫端熱交換器的傳熱臂的另一側套有低溫端熱交換器，第一密封圈和第二密封圈嵌入并貼在冷卻臂一端面上，低溫端熱交換器與第一套筒接觸；冷卻臂和相鄰的傳熱臂間均安裝有一對熱電偶，每對熱電偶均由P型熱電臂和N型熱電臂串接，每對熱電偶與冷卻臂和傳熱臂之間分別裝有導流片；在高溫端熱交換器、熱電偶和低溫端熱交換器之間安裝有隔熱材料定位；將第三密封圈安裝在熱電偶外側，用連接導流片依次將P型熱電臂和N型熱電臂串聯連接，再把第四密封圈套在第三密封圈外；將第二套筒套在高溫端熱交換器外，并與低溫端熱交換器另一側接觸；依次通過第一套筒的第二通孔、低溫端熱交換器的第一通孔和第二套筒的第四通孔連接；冷卻水管分別安裝在第一套筒和第二套筒的冷卻水孔上。

所述的每個P型熱電臂和每個N型熱電臂都具有功能梯度結構，每個熱電臂均由三段不同的熱電材料構成，沿著溫度梯度方向依次是高溫段熱電材料、中溫段熱電材料和低溫段熱電材料。

本發明具有的有益效果是：

1）該發電器能利用工業余熱、機動車尾氣余熱、太陽熱能和人體溫差等

熱能進行發電，產生的電能可以直接作為工作電源，具有節能環保的作用；

2）該發電器的熱電臂具有功能梯度結構，可以工作在較大的溫差范圍內，提高了能源的利用率；

3）將溫差發電器設計為圓筒形狀，可以方便地安裝在具有圓筒結構熱源的一段或者外側，也可以將若干個溫差發電器串聯或者并聯連接，提高發電量，而且安裝容易；

4）溫差發電器內的熱電臂為陣列結構，能夠充分利用熱量，提高發電器的輸出功率和工作效率，應用前景十分廣泛。

附圖說明

圖1是本發明的正面裝配結構圖。

圖2是本發明的反面裝配結構圖。

圖3是本發明的反面除去第一套筒的內部裝配結構圖。

圖4是本發明的正面除去第二套筒的內部裝配結構圖。