[实用新型]一种层叠式的热能电能转换模组及其发电装置

说明书

技术领域

本发明尤其涉及一种层叠式的热能电能转换模组及其发电装置。

背景技术

近几十年来，利用热电发电技术（也称温差发电技术）进行发电，已经成为国际范围内的一个研究热点。

温差发电技术是基于热电材料的塞贝克效应发展起来的。温差发电的原理是将P型和N型两种不同类型的热电材料(P型是富空穴材料，N型是富电子材料)相连形成一个热电偶对，一端置于高温状态，另一端置于低温，则由于热激发作用，P(N)型材料高温端空穴(电子)浓度高于低温端，因此在这种浓度梯度的驱动下，空穴和电子就开始向低温端扩散，从而形成电动势，这样热电材料就通过高低温端间的温差完成了将高温端输入的热能直接转化成电能的过程。单独的一个PN热电偶对，可形成的电动势很小，而如果将很多PN热电偶对串联起来，就可以得到足够高的电压，成为一个温差发电器。温差发电器在工作过程中,高温端从热源吸收热量,低温端借助散热器将装置高温端的热量不断扩散,同时将热能转化成电能。反之，对热电偶对通电，就会形成一端热一端冷，供人们生产生活需要。

然而，目前的温差发电技术虽然是研究热点，但是温差发电技术因转化效率极低， “吸热”、“放热”相当大的量，才能输出很少的电能，所以仍旧处在非常边缘化的地位，无法应用和普及。温差发电技术的关键是温差能的转换效率，温差发电片的转换效率不高于14%，更重要的是，温差发电片无法直接使用，单片功率小，大多只能用于几w的小功率场合发电。目前通过复杂结构进行串并联，无法做到较大功率，无法集成大规模使用，且成本很高，整体转换效率不高于5%-8%。温差发电技术往往采用单片温差发电片，温差发电片的两个面分别走冷水和热水，因为发电效率低，受结构限制难以制造大功率温差发电机组，和大功率制冷机组，加热散热的传热受距离结构限制等问题，使得温差发电及制冷的实际应用得不到很好的发挥。

为了提高发电效率，公告号为CN 105006996 A的中国发明专利《一种相变抑制传热温差发电器件》，公开了 “一种相变抑制传热温差发电器件及其制造方法，相变抑制传热温差发电器件包括至少一个温差电单体 ；所述温差电单体包括一P 型温差电元件、一 N 型温差电元件、一相变抑制散热板及一相变抑制集热板。本发明的相变抑制传热温差发电器件在热路上减少了陶瓷片热阻及其与电极界面的接触热阻，有利于建立温差，相变抑制传热板既是电极又是热面和冷面的热交换器，不存在界面热阻，大大提高了温差发电器的热-电转换效率 ；将若干单体组合起来，可获得较大的输出电压和输出电功率。”然而该专利只能应用于相变抑制传热领域，其结构只能将温差电单体独立排布，再进行串联或者并联，事实上仍然无法做到大规模发电，或者在需达到大规模发电时仍然要采用非常复杂的结构和连接方式。从另一个角度来说，该器件因为结构特性，生产成本非常昂贵，一台生产设备在800万以上。

发明内容

本发明的目的是解决上述背景技术中存在的问题，提供了一种简单有效的解决途径。具体地提供一种发电制冷功率大，可多联组合成超大机组，体积小功率密度大，生产安装成本低，冷端和热端不受距离限制的层叠式的热能电能转换模组及其发电装置，为温差发电制冷在工业、生活中的应用创造了可行的技术支持。

本发明采用了以下技术方案：

本发明一种层叠式的热能电能转换模组，包括冷端、热端，以及连接至冷端的冷端导热层和连接至热端的热端导热层；所述的冷端导热层和热端导热层均多于一层，且彼此对置地进行部分交替层叠；每层所述的冷端导热层和热端导热层的层叠处之间设置半导体热电元件，所述的半导体热电元件的一面接触所述的冷端导热层，另一面接触所述的热端导热层；所述的半导体热电元件的引出端连接电路。

作为优选，所述的半导体热电元件之间平行设置。

作为优选，所述的半导体热电元件、冷端导热层和热端导热层之间均通过导热粘性材料粘合。所述的导热粘性材料更具体来说是导热胶。

作为优选，所述的冷端导热层或/和热端导热层为导热板。效率低，铜，石墨丝，双面双向的，没有方向的，把冷往下倒 ，冷端可以在下面。

作为优选，所述的导热板采用导热材料制成。更具体地来说，考虑降低成本的情况下，所述的导热板的导热材料可以采用铜等价格较低的材料，考虑导热性能好的情况下，所述的导热板的导热材料可以采用石墨丝等导热性能较好的材料。传统的冷端导热层或/和热端导热层需采用上端面为热，下端面为冷，而采用本优选方案的导热板，可以实现双面任意置换冷端方向导热，没有方向要求，易于在海洋温差发电等技术中使用。