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1、(10)申请公布号 CN 102832851 A (43)申请公布日 2012.12.19 C N 1 0 2 8 3 2 8 5 1 A *CN102832851A* (21)申请号 201110164483.5 (22)申请日 2011.06.17 H02N 11/00(2006.01) (71)申请人黄惠炜 地址加拿大不列颠哥伦比亚省里奇蒙德市 (72)发明人黄惠炜 (74)专利代理机构北京瑞恒信达知识产权代理 事务所(普通合伙) 11382 代理人曹津燕 (54) 发明名称 一种温差发电装置 (57) 摘要 本发明提供一种热力发电装置，包括外壳、热 源板、电极组、电极端和散热板，其特征。
2、在于，外壳 为拱形结构，下侧开放，外壳的前端为热源收集 口，后端为热源流出口，热源流出口的截面面积小 于热源收集口的截面面积；热源板布置在外壳的 上表面上，两个电极端包括正极端和负极端，分别 布置在热源板的一侧的两端；电极组布置在热源 板上，电极组的第一电极和最后一个电极分别布 置在电极端的正极端和负极端上，电极组的各个 电极分别通过顶部或者底部的导电金属串联；电 极组的上面覆盖散热板。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 3 页 1/1页 2 1.一种热力发电装置，。
3、包括外壳、热源板、电极组、电极端和散热板，其特征在于，外壳 为拱形结构，下侧开放，外壳的前端为热源收集口，后端为热源流出口，热源流出口的截面 面积小于热源收集口的截面面积；热源板布置在外壳的上表面上，电极端包括正极端和负 极端，分别布置在热源板的一侧的两端；电极组布置在热源板上，电极组的第一电极和最后 一个电极分别布置在电极端的正极端和负极端上，电极组的各个电极分别通过顶部或者底 部的导电金属串联；电极组的上面覆盖散热板。 2.根据权利要求1所述的热力发电装置，其特征在于，外壳包括左侧隔壁、右侧隔壁、 一个或者多个隔热条、阻热岛，其中左侧隔壁和右侧隔壁在热源收集口处为条形，在热源流 出口处为向。
4、内突出的弧形；隔热条布置在左侧隔壁和右侧隔壁中间，起始端靠近热源收集 口处；阻热岛布置在左侧隔壁和右侧隔壁之间，位于隔热条的后端。 3.根据权利要求2所述的热力发电装置，其特征在于，所述隔热条为两条，阻热岛呈椭 圆形但靠近隔热条和热源流出口的位置均具有尖端，阻热岛的靠近隔热条的尖端位于两个 隔热条的中间的前方。 4.根据权利要求1所述的热力发电装置，其特征在于，热源板的大小等于或者小于外 壳的上侧表面；散热板的大小或者材质相近于热源板；电极端的正极端和负极端分别通过 导线连接到储能装置。 5.根据权利要求1所述的热力发电装置，其特征在于，电极组的第一电极布置在电极 端的一个电极上，第二电极和第。
5、三电极布置在热源板上的导电金属上形成电连接，第三电 极和第四电极通过二者顶部的导电金属形成电连接，第四电极和第五电极通过热源板上的 导电金属形成电连接，直至最后一个电极布置在电极端的另一个电极上。 6.根据权利要求2所述的热力发电装置，其特征在于，左、右侧隔壁的靠近热源流出口 的向内弧形和直边侧壁的成角设为13510度，整个弧形的长度是外壳总长的1/3-1/2。 7.根据权利要求1所述的热力发电装置，其特征在于，外壳所用材料是具有热导值约 250W/(m*K)的铝，并且外壳布置凹凸表层的格局来增加覆盖面积。 8.根据权利要求1所述的热力发电装置，其特征在于，热源板是导热、不导电的氧化铝 合金所。
6、制，其外层覆上铝合金以平均分配热量。 9.根据权利要求5所述的热力发电装置，其特征在于，电极组的正放的半导体电极的 上端是正极，下端是负极，反放的半导体电极的布置则是相反的正负极；电极组集成是一个 正放的正极连着反放的负极，以及反放的正极连着正放的负极，以使正负极以串联方式相 连接。 10.根据权利要求1所述的热力发电装置，其特征在于，外壳和热源板以及热源板和电 极组通过高导电、导热、高溶解温度和高抗压力的焊接材料连接。 权 利 要 求 书CN 102832851 A 1/5页 3 一种温差发电装置 技术领域 0001 本发明涉及发电技术，更具体地，本发明涉及一种温差发电装置。 背景技术 00。
7、02 目前，能够达到接近零碳的发电技术包括太阳能发电、风能发电、核能发电和温差 发电。其中，核能发电技术中，反应堆以水作为冷却剂在主泵的推动下流过燃料组件，吸收 核裂变产生的热能之后流出反应堆，进入蒸汽发生器，在蒸汽发生器中把热量传给二次侧 的水，使它们变成蒸汽送去发电。核能发电效率高，所需反应原料少，但是目前看来核电站 的建设和运行存在很大的安全因素，并且需要大规模的资金投入和技术投入。 0003 风力发电是把风能转变为电能的技术，通过风力发电机实现，利用风力带动风车 叶片旋转，使用增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。风力发电受到地域和运行环 境的限制，而且极大地依赖地区风力条件。 0。
8、004 太阳能发电是将太阳能直接转换为电能的技术，利用半导体界面的光生伏特效应 将光能直接转变为电能，其中，太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳 电池组件，再配合功率控制器等部件就形成光伏发电装置。对于太阳能发电存在以下缺陷， 第一、光电转化率很低；第二、光伏发电需要很大的面积；第三、所需光照要求复杂；第四、 光伏发电成本太高。 0005 1821年，德国科学家塞贝克(T.J.Seebeck)发现了塞贝克效应，其中，塞贝克效应 是指由于两种不同电导体或半导体的温度差异而引起两种物质间的电压差的热电现象。进 一步，第二次世界大战末发现半导体材料后，掀起了探索温差电材料和器件的热潮，。
9、促进了 温差电理论和技术的发展。温差发电器具有其它电源不具备的优点，如寿命很长，应用环境 和使用热源不受限制，特别是它可以利用所谓低级热发电，如工业废热、垃圾燃烧热、汽车 排气管的余热，受到人们的青睐。 0006 由于温差发电只要任何温度的差距即可产生电力，特别在偏僻的野外或环境恶劣 的情况下还能稳定供电。以美国为例，温差发电已经广泛应用到国防和航天设备中。其中， 在航天应用中，当卫星飞往没有阳光的星球背部时，温差系统可以提供高效的后备电力；在 国防方面，野战军的后勤供电需求大量的温差发电板，而通过余热能源回收，温差电板可以 有效地提供安静和高效率的电力。 0007 但是，常规的温差发电器的热。
10、电转换效率介于5-10，与其它化学和物理电源 相比，温差发电器的效率确实还较低，难以实现普遍性的应用，并且不能提供足够的电力用 于大功率设备。 发明内容 0008 为克服现有技术中的上述缺陷，本发明提出一种温差发电装置。 0009 根据本发明的一个方面，提出了一种热力发电装置，包括外壳、热源板、电极组、电 极端和散热板，外壳为拱形结构，下侧开放，外壳的前端为热源收集口，后端为热源流出口， 说 明 书CN 102832851 A 2/5页 4 热源流出口的截面面积小于热源收集口的截面面积；热源板布置在外壳的上表面上，两个 电极端包括正极端和负极端，分别布置在热源板的一侧的两端；电极组布置在热源板。
11、上，电 极组的第一电极和最后一个电极分别布置在电极端的正极端和负极端上，电极组的各个电 极分别通过顶部或者底部的导电金属串联；电极组的上面覆盖散热板。 0010 外壳包括左侧隔壁、右侧隔壁、一个或者多个隔热条、阻热岛，其中左侧隔壁和右 侧隔壁在热源收集口处为条形，在热源流出口处设计为向内突出的弧形；隔热条布置在左 侧隔壁和右侧隔壁中间，起始端靠近热源收集口处；阻热岛布置在左侧隔壁和右侧隔壁之 间，位于隔热条的后端。 0011 所述隔热条为两条，阻热岛呈椭圆形但靠近隔热条和热源流出口的位置均具有尖 端，阻热岛的靠近隔热条的尖端位于两个隔热条的中间的前方。 0012 热源板的大小等于或者略小于外壳。
12、的上侧表面；散热板的大小或者材质相近于热 源板；电极端的正极端和负极端分别通过导线连接到储能装置。 0013 电极组的第一电极布置在电极端的一个电极上，第二电极和第三电极布置在热源 板上的导电金属上形成电连接，第三电极和第四电极通过二者顶部的导电金属形成电连 接，第四电极和第五电极通过热源板上的导电金属形成电连接，直至最后一个电极布置在 电极端的另一个电极上。 0014 左右侧隔壁的靠近热源流出口的弧形的角度设定为13510度，整个弧形的长度 是外壳总长的1/3-1/2。 0015 外壳所用材料是具有热导值约250W/(m*K)的铝，并且外壳布置凹凸表层的格局 来增加覆盖面积。 0016 电极。
13、组的正放的半导体电极的上端是正极，下端是负极，反放的半导体电极的布 置则是相反的正负极；电极组集成是一个正放的正极连着反放的负极，以及反放的正极连 着正放的负极，正负极以串联方式相连接。 0017 外壳和热源板以及热源板和电极组通过高导电、导热、高溶解温度和高抗压力的 焊接材料来连接。 0018 本发明通过提供一种新的热力收集机构和发电装置，提高了热力收集的比例，减 少了热力损失；通过使用高性能半导体材料，进一步提升发电效率。 附图说明 0019 图1为根据本发明的温差发电装置的透视图和侧视图； 0020 图2是根据本发明的温差发电装置的分层透视图； 0021 图3是根据本发明的温差发电装置的。
14、外壳内部的平面示意图。 0022 如图所示，为了能明确实现本发明的实施例的结构，在图中标注了特定的结构和 器件，但这仅为示意需要，并非意图将本发明限定在该特定结构、器件和环境中，根据具体 需要，本领域的普通技术人员可以将这些器件和环境进行调整或者修改，所进行的调整或 者修改仍然包括在后附的权利要求的范围中。 具体实施方式 0023 下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种温差发电装置进行详细描述。 说 明 书CN 102832851 A 3/5页 5 0024 在以下的描述中，将描述本发明的多个不同的方面，然而，对于本领域内的普通技 术人员而言，可以仅仅利用本发明的一些或者全部结构或者流程来。
15、实施本发明。为了解释 的明确性而言，阐述了特定的数目、配置和顺序，但是很明显，在没有这些特定细节的情况 下也可以实施本发明。在其他情况下，为了不混淆本发明，对于一些众所周知的特征将不再 进行详细阐述。 0025 热力发电装置中，热力从热源走向冷源，热量扩散的速度根据材料的导热值而定。 在热力流过特定环境里生长的半导体材料的同时，会导致电荷载体从高密度地区扩散到低 密度地区，电离子就会去往冷源的方向而产生电流。当然，产生的电力的量依据材料的转换 效率和系统设计。 0026 半导体热电材料的性能取决于它的“Z”数值： 0027 Z2/ (1) 0028 其中，“”是热电材料本身的性质，“”是电阻值。
16、，“”是热导值。可以看出，半 导体热电材料的高性能取决于高的热电性质“”和低的电阻热导值。另外，“”值也会 因为温差变大而变大，直到一个峰值。 0029 要有效地让热电半导体材料产生电力，必须在系统设计上达到高端的标准。在电 路格局上，半导体必须是串联电路的方式连接着；在热力格局上，材料必需以并联的方式连 接着热源和冷源。另外，需要外壳来承载外力以及均匀的吸收热源的热力，并且分散给内部 的半导体热电材料。 0030 图1示出根据本发明的实施例的热力发电装置，图1A为该热力发电装置的透视 图，图1B为该热力发电装置的从电极组一侧看去的侧视图。如图1A所示，该热力发电装置 包括外壳1、热源板2、电。
17、极组3、电极端4和散热板5。 0031 其中，如图1所示，外壳1为拱形结构，下侧开放，布置在热源经过处，外壳1的前 端为热源收集口，后端为热源流出口，热源流出口的截面面积小于热源收集口的截面面积。 热源板2布置在外壳1的上侧表面上，热源板2的大小等于或者略小于外壳1的上侧表面。 两个电极端4分别是正极端和负极端，分别布置在热源板2的一侧的两端。电极组3布置 在热源板2上，电极组的第一电极和最后一个电极分别布置在电极端4的正极端和负极端 上。电极组3的各个电极分别通过顶部或者底部的导电金属串联。电极组3的上面覆盖散 热板5，通常，散热板5的大小或者材质相近于热源板2。电极端4的正极端和负极端可以。
18、 分别通过导线连接到储能装置。 0032 图2示出根据本发明的温差发电装置的分层透视图，外壳机械结构根据流动性热 源体设计。例如，此装置可以放在野战军用火炉和饭锅之间，该装置的左面会塞近火炉的中 间而右边则是火炉的周边，火就会成为流动热源气体从图左向右的方向流动。 0033 其中，图2A是外壳1去除顶表面的示意图，或者可以视为外壳顶表面向下放置的 示意图，如图所示，外壳1包括左侧隔壁6、右侧隔壁7、隔热条8和9、阻热岛10，其中左侧 隔壁6和右侧隔壁7在热源收集口处为条形，在热源流出口处设计为向内突出的弧形。隔 热条8和9布置在左侧隔壁6和右侧隔壁7中间，起始端靠近热源收集口处。图中所示隔 热。
19、条为两条，但是隔热条可以是一条、两条、三条或者多条，但是实验证明，当选用两隔热条 时收集热和后端热流效率较好。阻热岛10布置在左侧隔壁6和右侧隔壁7之间，位于隔热 条的后端，呈椭圆形但靠近隔热条和热源流出口的位置具有尖端，起到将热流分流的作用。 说 明 书CN 102832851 A 4/5页 6 在具有两个隔热条的结构中，阻热岛的靠近隔热条的尖端位于两个隔热条的中间的前方。 0034 图2B示出外壳1上布置热源板2、电极端4和导电金属之后的示意图，其中，如图 2B所示，电极端2和导电金属布置在热源板2的一侧。 0035 图2C示出布置电极组3并且在电极组3上布置导电金属后的示意图，其中，电极。
20、 组3的第一电极布置在电极端4的一个电极上，第二电极和第三电极布置在热源板2上的 导电金属上，形成电连接，第三电极和第四电极通过二者顶部的导电金属形成电连接，第四 电极和第五电极通过热源板2上的导电金属形成电连接，以此类推，最后一个电极布置在 电极端4的另一个电极上。 0036 图2D示出在电极组3上布置导热板5之后的示意图，为了明确电极端4的另一个 电极的位置，图中没有明确画出最后一个电极在其上布置，但从文字中可以明白，电极组3 的最后一个电极是布置在电极端4的另一个电极上的。 0037 图3进一步示出外壳内部的结构平面示意。如图所示，左右侧隔壁的靠近热源流 出口的弧形的角度可以设定为135。
21、10度，整个弧形的长度可是外壳总长的1/3-1/2。可以 理解，该弧形设计可以是向内收的直线型或者圆形，但上述角度设计的弧形效率较好。 0038 其中，对于外壳1，所选择材料具有热力均匀和高效率的吸收放射热力的功能。一 般地，例如选择具有热导值约250W/(m*K)的铝为外壳材料并且布置凹凸表层的格局来增 加覆盖面积，从而使得可以有效地、均匀地扩散热力到整个温差装置的热源板2。 0039 其中，通常，热源板是导热、不导电的氧化铝合金所制，材料必需是电绝缘体，以防 止内部的半导体发生短路情况。不过氧化铝合金只有约50W/(m*K)的热导值，在其外层覆 上铝合金可以平均分配热量。 0040 另外，。
22、外壳1的热源流出口处的弧形的机械设计，可以吸收火炉的放射热能源和 引导热气体从左边入口到右边的出口，并且有效地增加热力吸收面积和效率。当热气体因 阻热岛的前端弧形的铝而改变本来直行的路线时，热气体会把热量传导给高导热值的金属 外壳1。当热气体在阻热岛后端以及流出口处再次改变路线时，气体热量会再次的传导给外 壳。这样，外壳可以有效地吸收热源热气体的热力并且传导给热源板2。热的放射能会累积 在电极组和电极端地区而不会直接直射到环境里。这样，热源的放射能也会因为外壳的设 计而大部分的吸收。 0041 对于电极组，装置采用高端的热力半导体材料来有效地发电，该材料可以选择现 有的热力半导体材料，也可以选。
23、择高效能半导体材料。其中，对于高效能半导体材料，不指 是通过普通实验室里的半导体结晶在长时间成长所制的半导体材料，此热力材料是通过固 体扩散理论而快速变成结晶体而产生的。另外，通过加入特种高纯度元素可令热力半导体 减低导热和电阻值。 0042 如图1A和图2C所示，电极组的正放的半导体电极的上端是正极，下端是负极，反 放的半导体电极的布置则是相反的正负极，该装置的电极组集成是一个正放的正极连着反 放的负极，以及反放的正极连着正放的负极。使得该电极组的正负极是以串联方式相连接。 装置的电极组的两端的正负极布置在电极端4的一端的半导体材料正极和另一端的负极。 0043 对于整个装置，可以通过一种高。
24、导电、导热、高溶解温度和高抗压力的焊接材料来 连接不同的半导体材料。另外，外壳和热源板也是通过此类焊接材料所连接。因为焊接的 凝聚力和收缩力很高，所以在固定的温度距离里不会因热胀冷缩而断裂，整个装置的大小 说 明 书CN 102832851 A 5/5页 7 可以是约200毫米X 100毫米X50毫米，但该装置的具体大小可以根据应用环境而调整大 小尺寸。 0044 最后应说明的是，以上实施例仅用以描述本发明的技术方案而不是对本技术方法 进行限制，本发明在应用上可以延伸为其他的修改、变化、应用和实施例，并且因此认为所 有这样的修改、变化、应用、实施例都在本发明的精神和教导范围内。 说 明 书CN 102832851 A 1/3页 8 图1 说 明 书 附 图CN 102832851 A 2/3页 9 说 明 书 附 图CN 102832851 A 3/3页 10 图2 图3 说 明 书 附 图CN 102832851 A 10 。