[發明專利]一種結構梯度級聯溫差發電器件

在審

• 申請號: 201210584529.3
• 申請日: 2012-12-27
• 公開（公告）號: CN103022337A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 張麗麗;任保國;劉靜榕
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十八研究所
• 主分類號: H01L35/32
• 分類號: H01L35/32
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標代理有限公司 12101
• 代理人: 李鳳

技術領域

本發明屬于溫差發電器件技術領域，特別是涉及一種結構梯度級聯溫差發電器件。

溫差發電器件是一種利用溫差電材料的塞貝克效應將熱能直接轉換為電能的固態半導體器件，由若干對P-N溫差電元件組成。使用該種溫差發電器件研制的溫差電池具有結構緊湊、沒有運動部件、綠色環保，工作壽命長，可以耐受惡劣環境等優點，在各領域具有廣泛的應用前景。

溫差發電器件的主要劣勢在于熱電轉換效率較低（約為5%~10%），這也直接限制了其進一步的廣泛應用推廣。級聯溫差發電器件的研發為提高溫差發電器件的熱電轉換效率開辟了一個全新的途徑。

目前，級聯溫差發電器件在整體結構上多為一級溫差發電器件，使用的P/N型溫差電元件多為由不同使用溫度范圍的材料構成的分段溫差電元件，形成溫差電元件級聯。該種結構溫差電元件級聯制成的級聯溫差發電器件與由單一材料構成的溫差發電器件相比，工作溫差較大，進而具有較好的電輸出性能。但就級聯溫差發電器件本身而言，其結構上的不足在于增加了構成分段溫差電元件的不同材料之間的集成電阻，導致溫差發電器件整體內阻值增大，進而造成器件輸出電功率在一定程度上的降低。

發明內容

本發明為解決公知技術中存在的技術問題，提供一種輸出電功率高、工作溫差大、熱電轉換效率高，有效避免不同溫差電元件間接觸電阻的產生，并且使用靈活性高的結構梯度級聯溫差發電器件。

本發明所采取的技術方案是：

一種結構梯度級聯溫差發電器件，包括兩個或兩個以上不同工作溫度的單級溫差發電器件，其特點是：所述不同工作溫度的單級溫差發電器件自上至下從高溫至低溫依次排列，最高工作溫度的溫差發電器件的熱端位于最上端、最低工作溫度的溫差發電器件的冷端位于最下端，相鄰兩個單級溫差發電器件之間置有兩級間絕緣層，相鄰兩個單級溫差發電器件通過導熱硅脂和耦合成為一體，最低工作溫度的溫差發電器件的冷端置有最低冷端絕緣層。

本發明還可以采用如下技術措施：

所述相鄰兩級溫差發電器件之間的兩級間絕緣層為厚度小于0.1mm的天然云母片或聚酰亞胺薄膜雙面膠帶。

所述最低冷端絕緣層為聚酰亞胺薄膜。

每一個單級溫差發電器件中的溫差電元件均為圓柱形，熱端電極均為縱深1.5mm~3mm的圓桶狀電極帽和1.5mm~3mm厚的片狀熱端導流片釬接成的靴狀電極，冷端電極為0.5mm~1.5mm厚的片狀，溫差電元件按-P-N-P-N-P-間隔排列，每一個電極帽中焊接或壓接有一個溫差電元件，每一個單級溫差發電器件中的全部溫差電元件均為串聯連接；所述電極帽、熱端導流片和冷端電極材料均為Ni族元素或不活潑高溫金屬。

所述不活潑高溫金屬為Mo或Nb。

所述每一級溫差發電器件的冷端電極和熱端電極均為分散狀態排列。

所述最高工作溫度的溫差發電器件為中溫PbTe基溫差發電器件、所述最低工作溫度的溫差發電器件為低溫BiTe基溫差發電器件。

本發明具有的優點和積極效果是：

1、本發明采用不同工作溫度的單級溫差發電器件按照高溫到低溫的順序由上到下依次排列，形成了兩級或兩級以上的結構梯度溫差發電器件，避免了不同溫差電元件間接觸電阻的產生，解決了由于分段溫差電元件級聯造成的溫差發電器件整體內阻增加的問題，有效提高了溫差發電器件的輸出電功率，確保溫差發電器件具有更多的性能提升。

2、本發明采用耐高溫且具有高熱導率的導熱硅脂將兩級或兩級以上的溫差發電器件的冷熱端耦合成一體，并使用耐高溫薄膜型絕緣層進行各級器件之間的絕緣，有效減少了各級溫差發電器件之間的熱傳導損失。

3、本發明取消了溫差發電器件常規使用的整體陶瓷片，使每一級溫差發電器件的冷端電極和熱端電極均為分散狀態排列，加強了溫差發電器件冷、熱端的熱量傳導。

4、本發明每級溫差發電器件均具有獨立性，可以將各級溫差發電器件串聯起來進行整體供熱、整體電輸出，也可以采取級聯溫差發電器件整體供熱各級溫差發電器件分別輸出電能的方式，還可以單獨作為單級溫差發電器件獨立使用，供電方式靈活。

附圖說明

圖1是本發明一種結構梯度級聯溫差發電器件的結構示意圖。

其中，1-最高工作溫度的溫差發電器件，2-最低工作溫度的溫差發電器件，3-熱端導流片，4-電極帽，5-冷端電極，6-兩級間絕緣層，7-最低冷端絕緣層。

具體實施方式

為能進一步了解本發明的發明內容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下：

參閱附圖1：