[實用新型]一種層疊結構的溫差發電裝置

有效

• 申請號: 202022824652.0
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN214226945U
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 潘鋒;鄧元
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學杭州創新研究院
• 主分類號: H01L35/32
• 分類號: H01L35/32;H01L35/30;H01L35/34
• 代理公司: 北京細軟智谷知識產權代理有限責任公司 11471
• 代理人: 劉靜培

本實用新型涉及一種層疊結構的溫差發電裝置，所述溫差發電裝置結構包括層疊設置的熱電材料層、絕緣粘接層、頂部電極和底部電極、頂部絕緣層和底部絕緣層、絕緣絕熱封裝層，所述溫差發電裝置具有較長的熱電臂長度，有利于拉大溫差，可用于空氣自然散熱的溫差發電環境。N型和P型熱電材料之間沒有空隙，單位面積內熱電材料的占比大，有效降低溫差發電模塊的結構內阻和熱阻，提高發電效率；采用簡單邊沿封裝就能消除濕氣腐蝕等問題；N型和P型熱電材料之間的導電連接采用簡單的噴涂或濺射工藝，連接電極的絕緣粘接層較薄，能極大地降低傳熱面的熱阻。所述溫差發電裝置的傳熱面可加工成任何形狀，有效貼合曲面熱源，獲得最大溫差發電效率。

技術領域

本實用新型屬于熱電器件技術領域，具體涉及一種層疊結構的溫差發電裝置。

背景技術

溫差發電模塊是一種利用半導體熱電效應實現熱能轉變成電能的裝置，具有無噪聲、壽命長、工作穩定可靠、輕便等特點，可利用各種能源，包括固、液、氣態燃料、太陽能、核能、人體發熱以及各種設備的廢熱、余熱等為用電設備和裝置提供電力，適用于航天、軍事、勘探、便攜設備、無源傳感器等領域。

目前的溫差發電模塊的結構和制作方法，通常是將P型和N型熱電材料切成設計尺寸的顆粒，顆粒兩端鍍上電極。在陶瓷基板上制備連接電極，并將P/N顆粒擺放在陶瓷基板電極上后用焊料將P型和N型顆粒按照導電串聯、導熱并聯的方式焊接構成熱電器件。顆粒陣列上下兩個陶瓷基板形成了溫差發電片的冷面和熱面，將熱面接觸熱源，冷面接觸冷源(如風冷散熱片、冷卻循環水散熱片等)，就可以從器件的兩輸出端獲得輸出電壓和電流，實現溫差發電。該類溫差發電模塊的具體結構和制作方法參見專利200610130263.X，CN101409324A，CN201408783Y等。

然而，由于現有的溫差發電模塊是由P型和N型熱電材料顆粒通過陣列方式組裝的形成的。主要存在以下幾個方面的技術問題：(1)目前的溫差發電模塊由于P型和N型熱電材料顆粒之間絕緣的需要，顆粒間會留出毫米級空隙，使得單位面積熱電材料的占比不高，不僅熱流傳遞效率受到損失，而且增加了發電模塊的內阻。空隙的存在容易導致潮濕環境中潮氣在器件內部聚集，引起熱電材料腐蝕損壞失效。因此溫差發電模塊需要特殊封裝，增加了制作成本。(2)為了獲得結構支撐和電極之間絕緣，熱電材料顆粒兩端分別焊接在沉積有金屬電極的陶瓷基片上。由于陶瓷的熱導系數不高，一定厚度的陶瓷基片會產生熱阻影響發電模塊的發電效率。由于加工工藝的限制，陶瓷基片一般是平面結構，限制了發電模塊在曲面熱源情況下的應用。(3)利用空氣自然散熱方式的溫差發電模塊通常需要較長的熱電臂來獲得足夠的溫差?，F有溫差發電模塊是由P型和N型熱電材料顆粒排列焊接而成的，熱電材料顆粒的高度(熱電臂長度)一般都在毫米數量級，因此不能在空氣自然散熱條件下實現較高的熱電轉換效率?，F有熱電材料顆粒長度只有毫米數量級的主要原因是熱電材料都比較脆，很難切割加工成細長條，并且細長條結構的熱電材料很難采用現有的技術組裝成器件，并具有較高的結構強度。盡管采取多級發電片疊加的方式可以等效增加熱電臂的長度，拉大溫差。但是由于每級發電片的熱電材料片都安裝在陶瓷基片上，陶瓷基片會增加裝置重量和體積。而且每層陶瓷板會增加器件的縱向熱阻，嚴重降低系統的熱電轉換效率。

實用新型內容

為了解決現有技術存在的上述問題，本實用新型提供了一種層疊結構的溫差發電裝置。本實用新型所述層疊結構的溫差發電裝置，單個器件具有較長的熱電臂長度，有利于拉大溫差，可用于空氣自然散熱的溫差發電環境。N型和P型熱電材料之間沒有空隙，增加單位面積內熱電材料的占比，能有效降低溫差發電模塊的結構內阻和熱阻，提高發電效率；采用簡單的邊沿封裝就能消除濕氣腐蝕等問題；N型和P型熱電材料之間的導電連接采用簡單的噴涂或濺射工藝，連接電極的絕緣粘接層較薄，能極大地降低傳熱面的熱阻。本實用新型所述溫差發電裝置的傳熱面可以加工成任何形狀，能夠有效貼合曲面熱源，獲得最大溫差發電效率。

本實用新型所采用的技術方案為：

一種層疊結構的溫差發電裝置，結構包括：