[實用新型]一種層疊式的熱能電能轉換模組及其發電裝置

有效

• 申請號: 201720943292.1
• 申請日: 2017-07-31
• 公開（公告）號: CN207117506U
• 公開（公告）日: 2018-03-16
• 發明（設計）人: 覃瑞昌
• 申請（專利權）人: 杭州熵能熱導科技有限公司
• 主分類號: H02N11/00
• 分類號: H02N11/00
• 代理公司: 杭州華知專利事務所33235
• 代理人: 張德寶

技術領域

本發明尤其涉及一種層疊式的熱能電能轉換模組及其發電裝置。

背景技術

近幾十年來，利用熱電發電技術（也稱溫差發電技術）進行發電，已經成為國際范圍內的一個研究熱點。

溫差發電技術是基于熱電材料的塞貝克效應發展起來的。溫差發電的原理是將P型和N型兩種不同類型的熱電材料(P型是富空穴材料，N型是富電子材料)相連形成一個熱電偶對，一端置于高溫狀態，另一端置于低溫，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，這樣熱電材料就通過高低溫端間的溫差完成了將高溫端輸入的熱能直接轉化成電能的過程。單獨的一個PN熱電偶對，可形成的電動勢很小，而如果將很多PN熱電偶對串聯起來，就可以得到足夠高的電壓，成為一個溫差發電器。溫差發電器在工作過程中,高溫端從熱源吸收熱量,低溫端借助散熱器將裝置高溫端的熱量不斷擴散,同時將熱能轉化成電能。反之，對熱電偶對通電，就會形成一端熱一端冷，供人們生產生活需要。

然而，目前的溫差發電技術雖然是研究熱點，但是溫差發電技術因轉化效率極低， “吸熱”、“放熱”相當大的量，才能輸出很少的電能，所以仍舊處在非常邊緣化的地位，無法應用和普及。溫差發電技術的關鍵是溫差能的轉換效率，溫差發電片的轉換效率不高于14%，更重要的是，溫差發電片無法直接使用，單片功率小，大多只能用于幾w的小功率場合發電。目前通過復雜結構進行串并聯，無法做到較大功率，無法集成大規模使用，且成本很高，整體轉換效率不高于5%-8%。溫差發電技術往往采用單片溫差發電片，溫差發電片的兩個面分別走冷水和熱水，因為發電效率低，受結構限制難以制造大功率溫差發電機組，和大功率制冷機組，加熱散熱的傳熱受距離結構限制等問題，使得溫差發電及制冷的實際應用得不到很好的發揮。

為了提高發電效率，公告號為CN 105006996 A的中國發明專利《一種相變抑制傳熱溫差發電器件》，公開了 “一種相變抑制傳熱溫差發電器件及其制造方法，相變抑制傳熱溫差發電器件包括至少一個溫差電單體 ；所述溫差電單體包括一P 型溫差電元件、一 N 型溫差電元件、一相變抑制散熱板及一相變抑制集熱板。本發明的相變抑制傳熱溫差發電器件在熱路上減少了陶瓷片熱阻及其與電極界面的接觸熱阻，有利于建立溫差，相變抑制傳熱板既是電極又是熱面和冷面的熱交換器，不存在界面熱阻，大大提高了溫差發電器的熱-電轉換效率 ；將若干單體組合起來，可獲得較大的輸出電壓和輸出電功率。”然而該專利只能應用于相變抑制傳熱領域，其結構只能將溫差電單體獨立排布，再進行串聯或者并聯，事實上仍然無法做到大規模發電，或者在需達到大規模發電時仍然要采用非常復雜的結構和連接方式。從另一個角度來說，該器件因為結構特性，生產成本非常昂貴，一臺生產設備在800萬以上。

發明內容

本發明的目的是解決上述背景技術中存在的問題，提供了一種簡單有效的解決途徑。具體地提供一種發電制冷功率大，可多聯組合成超大機組，體積小功率密度大，生產安裝成本低，冷端和熱端不受距離限制的層疊式的熱能電能轉換模組及其發電裝置，為溫差發電制冷在工業、生活中的應用創造了可行的技術支持。

本發明采用了以下技術方案：

本發明一種層疊式的熱能電能轉換模組，包括冷端、熱端，以及連接至冷端的冷端導熱層和連接至熱端的熱端導熱層；所述的冷端導熱層和熱端導熱層均多于一層，且彼此對置地進行部分交替層疊；每層所述的冷端導熱層和熱端導熱層的層疊處之間設置半導體熱電元件，所述的半導體熱電元件的一面接觸所述的冷端導熱層，另一面接觸所述的熱端導熱層；所述的半導體熱電元件的引出端連接電路。

作為優選，所述的半導體熱電元件之間平行設置。

作為優選，所述的半導體熱電元件、冷端導熱層和熱端導熱層之間均通過導熱粘性材料粘合。所述的導熱粘性材料更具體來說是導熱膠。

作為優選，所述的冷端導熱層或/和熱端導熱層為導熱板。效率低，銅，石墨絲，雙面雙向的，沒有方向的，把冷往下倒 ，冷端可以在下面。

作為優選，所述的導熱板采用導熱材料制成。更具體地來說，考慮降低成本的情況下，所述的導熱板的導熱材料可以采用銅等價格較低的材料，考慮導熱性能好的情況下，所述的導熱板的導熱材料可以采用石墨絲等導熱性能較好的材料。傳統的冷端導熱層或/和熱端導熱層需采用上端面為熱，下端面為冷，而采用本優選方案的導熱板，可以實現雙面任意置換冷端方向導熱，沒有方向要求，易于在海洋溫差發電等技術中使用。