相變抑制傳熱溫差發(fā)電器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及能源領(lǐng)域，特別是涉及一種相變抑制傳熱溫差發(fā)電器件。
【背景技術(shù)】
[0002]塞貝克效應(yīng)是德國科學(xué)家塞貝克(T.J.Seebeck)于1821年發(fā)現(xiàn)的。如圖1，一個P型溫差電元件10和一個N型溫差電元件11在熱面12和冷面13分別用電極14連接起來，就構(gòu)成了一個傳統(tǒng)的溫差電單體。當(dāng)這個溫差電單體的熱面輸入熱量、另一面保持不變的溫度而建立溫差時，由于塞貝克效應(yīng)，回路兩端就會產(chǎn)生電動勢；在回路里接上負(fù)載15，該負(fù)載上就獲得了電功率，這就是一個最簡單的溫差發(fā)電器。
[0003]能夠?qū)嵱没臏夭畎l(fā)電組件，往往由幾對或幾十對，甚至更多對溫差電單體構(gòu)成。傳統(tǒng)的溫差發(fā)電組件，其中的溫差電單體(包括P型溫差電元件10及N型溫差電元件11)，在電路上是串聯(lián)的，而在熱路上是并聯(lián)的。作為一個完整的溫差發(fā)電組件，其熱、冷兩面電極14的外側(cè)各集成了一片DBC陶瓷板16，與外界實行電隔離，所述溫差發(fā)電組件通過正電極141及負(fù)電極142與外界負(fù)載相連接，見圖2.
[0004]以上所述傳統(tǒng)溫差發(fā)電組件中，電極主要充當(dāng)P型和N型溫差電元件的電連接器，也具有熱量傳遞的作用，但是整個溫差電組件陶瓷片兩個外側(cè)通常必須安裝體積很大的熱交換器，將需要的熱量傳遞進溫差電組件，將不需要的熱量發(fā)散到環(huán)境中去。這樣構(gòu)成一個溫差發(fā)電器，典型的結(jié)構(gòu)見圖3，所述結(jié)構(gòu)包括集熱器17、溫差發(fā)電組件18及散熱器19。
[0005]以上所述傳統(tǒng)溫差發(fā)電組件和溫差發(fā)電器，可用于制造燃?xì)饣蛉加蜏夭畎l(fā)電器(系統(tǒng))、放射性同位素溫差發(fā)電器，或可用于太陽熱發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電、工業(yè)余熱發(fā)電、汽車尾氣發(fā)電等。由于它沒有轉(zhuǎn)動部件，因此工作壽命長、無噪音，而且是一種環(huán)境友好電源，已經(jīng)在航天、工業(yè)、國防、民用電器等國民經(jīng)濟各部門獲得應(yīng)用。
[0006]傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)溫差發(fā)電器，由于溫差發(fā)電組件與熱、冷面熱交換器接觸的是陶瓷片，最常用的是厚度為0.6mm或1mm的氧化鋁陶瓷片。陶瓷片在溫差發(fā)電組件與金屬制成的熱交換器之間起著電絕緣的作用，但同時，在傳熱通路上，熱、冷兩面，陶瓷片與熱交換器之間的界面熱阻、陶瓷片的熱阻和陶瓷片與溫差電單體電極之間的接觸熱阻，會造成很大的熱損失。熱面溫度和冷面溫度之間的溫差愈大，熱阻越大，熱損失也就越大。
[0007]另一個問題是，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)溫差發(fā)電器中，溫差發(fā)電組件必須配置體積和重量龐大的熱交換器。最常用的方法，冷面用肋狀鋁質(zhì)散熱器，外加強迫風(fēng)冷。不僅增加了溫差發(fā)電器整體的重量和體積，也降低了整機的可靠性。
[0008]本實用新型針對傳統(tǒng)溫差發(fā)電器件的缺點，提出一種新結(jié)構(gòu)溫差發(fā)電器件?！緦嵱眯滦蛢?nèi)容】
[0009]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本實用新型的目的在于提供一種相變抑制傳熱溫差發(fā)電器件，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中由于溫差發(fā)電組件與熱、冷面熱交換器接觸的是陶瓷片，陶瓷片與熱交換器之間的界面熱阻、陶瓷片的熱阻和陶瓷片與溫差電單體電極之間的接觸熱阻，會造成很大的熱損失的問題。熱面溫度和冷面溫度之間的熱流密度越大，熱阻造成的溫差損失越大，熱損失也就越大，從而降低了溫差發(fā)電器件的熱-電轉(zhuǎn)換效率。
[0010]為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本實用新型提供一種相變抑制傳熱溫差發(fā)電器件，所述相變抑制傳熱溫差發(fā)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；
[0011]所述P型溫差電元件、所述N型溫差電元件、所述相變抑制散熱板及所述相變抑制集熱板平行排布，所述相變抑制集熱板位于所述P型溫差電元件及所述N型溫差電元件之間，所述相變抑制散熱板位于所述P型溫差電元件或所述N型溫差電元件遠(yuǎn)離所述相變抑制集熱板的一側(cè);所述P型溫差電元件、所述N型溫差電元件、所述相變抑制散熱板及所述相變抑制集熱板緊密貼合。
[0012]作為本實用新型的相變抑制傳熱溫差發(fā)電器件的一種優(yōu)選方案，所述相變抑制散熱板及所述相變抑制集熱板均包括一金屬板，所述金屬板內(nèi)形成有具有一定形狀的封閉管道，所述封閉管道內(nèi)填充有傳熱工質(zhì)。
[0013]作為本實用新型的相變抑制傳熱溫差發(fā)電器件的一種優(yōu)選方案，所述相變抑制散熱板及所述相變抑制集熱板均包括兩塊層疊的金屬板;其中一層所述金屬板內(nèi)形成有具有一定形狀的封閉管道，所述封閉管道內(nèi)填充有傳熱工質(zhì)，另一層所述金屬板內(nèi)形成有具有一定形狀的流體介質(zhì)管道，所述流體介質(zhì)管道兩端形成有開口，所述開口適于與流體介質(zhì)源相連通。
[0014]作為本實用新型的相變抑制傳熱溫差發(fā)電器件的一種優(yōu)選方案，所述封閉管道的形狀為六邊形蜂窩狀、圓形蜂窩狀、四邊形蜂窩狀、首尾串聯(lián)的多個U形、菱形、三角形、圓環(huán)形，或其中任一種以上圖形的任意組合。
[0015]作為本實用新型的相變抑制傳熱溫差發(fā)電器件的一種優(yōu)選方案，所述相變抑制散熱板及所述相變抑制集熱板的材料均為銅、銅合金、鋁、鋁合金、鈦、鈦合金、不銹鋼，或其中任一種以上的任意組合。
[0016]作為本實用新型的相變抑制傳熱溫差發(fā)電器件的一種優(yōu)選方案，所述P型溫差電元件及所述N型溫差電元件的材料均為摻雜的贗二元碲化鉍及其固溶體、贗三元碲化鉍及其固溶體、摻雜的碲化鉛及其固溶體、碲化鍺及其固溶體、單填或多填的方鈷礦類溫差電材料、Half-Heusler溫差電材料、摻雜的S1-Ge合金、Zintl相溫差電材料。
[0017]作為本實用新型的相變抑制傳熱溫差發(fā)電器件的一種優(yōu)選方案，所述相變抑制散熱板及所述相變抑制集熱板與所述P型溫差電元件及所述N型溫差電元件貼合部分表面的形狀為平面狀，所述相變抑制散熱板及所述相變抑制集熱板其他部分的表面形成有孔洞、淺槽、突起、活頁窗或覆蓋涂層以強化傳熱。
[0018]作為本實用新型的相變抑制傳熱溫差發(fā)電器件的一種優(yōu)選方案，所述相變抑制傳熱溫差發(fā)電器件包括多個所述溫差電單體，所述多個溫差電單體串聯(lián)組合集成為所述相變抑制傳熱溫差發(fā)電器件。
[0019]作為本實用新型的相變抑制傳熱溫差發(fā)電器件的一種優(yōu)選方案，所述相變抑制傳熱溫差發(fā)電器件的兩側(cè)各設(shè)有一 DBC陶瓷板;位于所述相變抑制傳熱溫差發(fā)電器件一側(cè)的所述DBC陶瓷板貼合于所述溫差電單體中的所述相變抑制散熱板的表面，位于所述相變抑制傳熱溫差發(fā)電器件另一側(cè)的所述DBC陶瓷板經(jīng)由一所述相變抑制散熱板與所述溫差電單體中的所述P型溫差電元件或所述N型溫差電元件相連接。
[0020]作為本實用新型的相變抑制傳熱溫差發(fā)電器件的一種優(yōu)選方案，所述P型溫差電元件、所述N型溫差電元件、所述相變抑制散熱板、所述相變抑制集熱板及所述DBC陶瓷板通過軟釬焊、硬釬焊、壓接、摩擦焊或壓焊工藝固定連接。該陶瓷板也可用有電絕緣、隔熱功能，并與本實用新型所述的溫差發(fā)電器件工作溫度范圍相容的其他材料的板材替換。
[0021]如上所述，本實用新型的相變抑制傳熱溫差發(fā)電器件，具有以下有益效果:
[0022]1.本實用新型的相變抑制傳熱溫差發(fā)電器件由一片相變抑制集熱板和一片相變抑制散熱板將一片P型溫差電元件和一片N型溫差電元件隔離開，構(gòu)成一對溫差電單體。若干個溫差電單體串聯(lián)組合集成為溫差電器件，中間無需電隔離;一體化相變抑制傳熱板既作為溫差電單體的電極，同時又作為集熱板和散熱板;本實用新型的相變抑制傳熱溫差發(fā)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，界面熱阻較小，大大提高了溫差發(fā)電器件的熱-電轉(zhuǎn)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；
[0023]2.本實用新型的相變抑制傳熱溫差發(fā)電器件中的溫差電元件，是經(jīng)區(qū)域熔煉生長的棒材(或者是熱壓或其他粉末冶金工藝制造的塊體材料)切成片材后，再經(jīng)適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚砉に嚭笾苯赢?dāng)作溫差電元件，而不同于傳統(tǒng)溫差電組件制作工藝，即由片材再經(jīng)切割工藝制造成相對小矩形截面的溫差電元件，因此簡化了溫差電組件的制造工藝，提高了材料利用率，大大降低了原材料消耗和成本。
【附圖說明】
[0024]圖1顯示為現(xiàn)有技術(shù)中的溫差發(fā)電單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2顯示為現(xiàn)有技術(shù)中的溫差發(fā)電組件的結(jié)構(gòu)