专利名称：一种高效率直燃式热电半导体发电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体热电发电技术领域，特别涉及一种高效率直燃式热电半导体发电装置。
背景技术：
半导体小型热电体发电机由于其体积小、携带方便、操作简单、只需有火源提供热量就能直接发电等特点，在户外、偏远地区和应急等没有电源供应又急需电力的情况下广受欢迎。但是，为了节约成本，便于携带，现有的半导体小型热电发电装置使用的热电模块通常 相对于火源来说尺寸很小，直接将热电发电装置置于火源上方，分散的火源热量会向四周散发，集热非常困难，导致热量的实际利用效率低下。通过热电模块的实际热量降低，直接导致模块的冷、热面温差下降，使得发电效率低下。CN101882899A公开了一种便携式半导体热能发电装置,该装置中贴有石墨纸的热电模块热面紧贴于台阶圆盘状集热器上端面的凸台，贴有石墨纸的热电模块冷面紧贴于带风扇散热器的下端面，套在散热器上的可拆卸卡扣扣在集热器圆盘上的卡扣底座上，将散热器、热电模块和集热器牢牢扣紧，当热电发电装置置于火源正上方后，集热器将热量传递给热电模块，热电模块的二个面形成温差，即产生电流，可给便携式电子设备供电。但这种结构的集热方式，火焰集中在整个圆盘面上，分散的火源会向四周散发，造成热量利用效率低，从而导致整个装置发电效率低。因此，发明一种所用的热电模块体积小，但是装置的集热效率高，既经济又实用的半导体小型热电装置是最有效的解决办法。
发明内容
本发明的目的是，为了克服半导体小型热电发电装置所使用的热电模块相对于火源来说尺寸很小，直接将热电发电装置置于火源上方，分散的火源热量不易集中，导致热电模块热面温度不稳定、热量实际利用效率低下，致使冷、热面温差不足影响发电效率等问题，提供一种高效率直燃式热电发电装置，能以火源为热源，采用带有集热罩和翅片的特殊集热器，以提供高效稳定的热量，同时利用一带风扇的散热器来保证器件冷、热面温差提高输出功率及能量转换效率。为实现上述目的，本发明采取的技术方案是一种高效率直燃式热电半导体发电装置，通过带集热罩4和翅片12的集热器10收集热量，通过带翅片和风扇7的散热器8散发热量；集热器10的上方装有热电模块9，热电模块9的冷热两面均贴有石墨纸，热电模块9的热面通过石墨纸与集热器10贴合，热电模块9的冷面通过石墨纸与散热器8贴合，散热器8外安装有风扇7，热电模块9通过引线连接插座6向外输送电能。本发明一种高效率直燃式热电半导体发电装置由燃料罐I、支架3、集热罩4、外壳5、风扇7、集热器10、散热器8、热电模块9、、和航空插座6所组成。所述集热罩4为中间开孔的片状金属圆片，开方孔翻起的折边垂直于集热罩平面，集热器可安装固定在折边上，集热罩4开孔大小与火源大小相匹配，即火源火焰集中在开孔区域范围，开孔在集热罩中心；集热器开孔大小与上方带有翅片的集热器的大小相匹配，即集热器大小与开孔大小一致，便于集热器通过开孔直接接受火源火焰，而不至于分散。所述集热器为带有翅片的块状体，集热器的上部外壁为平面，其大小与热电模块大小相匹配，下部为翅片状，并且按照一定比例设计翅片数量和大小。集热器翅片水平于火焰方向，集热罩4开孔垂直于火焰方向。热电模块冷热两面陶瓷板贴有石墨纸，贴有石墨纸的热电模块热面和冷面分别紧贴于集热器的光滑端面和散热器的光滑端面。当热电发电装置置于火源上方后，首先通过集热罩控制火源的热流方向，使原本分散的火源热流聚拢在集热罩的中间开孔处，达到使原本分散的热流集中到与发电模块大小相匹配的较小范围内的目的；由于集热器一端带有翅片12，大大增加了集热器的集热面积，便于集热器10能高效的收集热量，火源的温度产生的热流加热了集热器，集热器的温度迅速上升，并将热量传导给热电模块，由于热电模 块的另一面与散热器紧密贴合，散热器上的翅片迅速将该面的温度传输出去，这样，热电模块的二个面很快形成了温差，当温差达到一定时，热电模块即产生电流，带动散热器风扇转动，利用热电模块冷、热面的恒定温差来提供电源，热电模块引线通过插座输出提供照明和给便携式设备充电。本发明的优点和有益效果在于由于采用本发明的集热器结构和散热器结构，热电模块的热面温度可稳定在250-300°C左右，热电模块的冷面的温度可稳定在60-100°C左右，从而在热电发电模块的两端面可产生稳定的温度差来发电。本发明集热效率高，火源热量实际利用率的提高间接提高了发电效率。它可广泛应用于无电源供应的情况下，只要有火源，就能稳定的同时实现给常规照明设备提供电源和给便携式设备充电。该发电装置提供的电压稳定、功率及能量比高、无运动部件无须维护、寿命长、结构简单、体积小便于携带、经济适用、使用方便。本发明适用于只需有火源提供热量就能直接发电的户外、偏远地区和应急等没有电源供应又急需电力的情况下使用。
图I为本发明的结构主视 图2为本发明的结构俯视 图3为本发明的集热装置的结构示意 图中I是燃料罐，2是火源，3是支架，4是集热罩，5是外壳，6是航空插座，7是风扇，8是散热器，9是热电模块，10是集热器，11是开孔，12是翅片。
具体实施例方式本发明的具体实施方式
如图f图3所示。本发明实施例一种高效率直燃式热电半导体发电装置由燃料罐I、支架3、集热罩4、外壳5、风扇7、集热器10、散热器8、热电模块9、、和航空插座6所组成。本发明实施例通过带集热罩4和翅片12的集热器10收集热量，集热器10的上方装有热电模块9，热电模块9的冷热两面均贴有石墨纸，热电模块9的热面通过石墨纸与集热器10贴合,热电模块9的冷面通过石墨纸与散热器8贴合,散热器8外安装有风扇7,热电模块9之间通过引线连接并装接有插座6。本实施例中集热罩为中间开孔的片状金属圆片，集热器10为带有翅片12的块状体，集热器10的上部端面是平面，其大小与热电模块9大小相匹配，下部为翅片状，并且按照一定比例设计翅片数量和大小；集热器的翅片部分朝下，集热罩开孔的大小与火源2的火焰范围相匹配，即火焰集中在集热罩开孔范围；翅片朝下的方向与火源2的火焰方向平行，集热罩开孔11垂直于火源2的火焰方向。散热器8为带有翅片12的块状体,散热器的上下两端，一端为翅片，用于散热；一端为平面，用于与热电模块的冷面接触。热电模块9冷热两面陶瓷板贴有石墨纸，贴有石墨纸的热电模块9热面和冷面分别紧贴于集热器10的光滑端面和散热器8的光滑端面。当热电发电装置置于火源2上方后，首先通过集热罩4控制火源2的热流方向，使原本分散的火源2热流按 照图3所示的箭头方向聚拢在集热罩4的开孔11处，达到使原本分散的热流集中到与发电模块9大小相匹配的较小范围内的目的；集热器一端带有翅片12，大大增加了集热器的集热面积，便于集热器10能高效的收集热量，火源2的温度产生的热流加热了集热器10，集热器10的温度迅速上升，并将热量传导给热电模块9，由于热电模块9的另一面与散热器8紧密贴合，散热器8迅速将该面的温度传输出去，这样，热电模块9的二个面很快形成了温差，当温差达到一定时，热电模块9即产生电流,带动散热器风扇7转动,利用热电模块9冷、热面的恒定温差来提供电源，同时通过插座6输出提供照明和给便携式设备充电。本实施例高效率直燃式热电半导体发电装置中的集热器10设计成带有集热罩4和翅片12的集合体，集热罩为中间开66mmX 66mm方孔的片状金属圆片，开方孔翻起的折边垂直于集热罩平面，翅片朝下的集热器可安装固定在折边上。集热器10为带有翅片12的方形块状体，集热器10上下两端的上部端面是平面，其大小为66mmX 66mm，适合安放热电模块9 ;下部为翅片状，便于收集热量。集热器10的集热罩4能够控制火源2的热流方向，使原本分散的火源2热流按照附图3所示的箭头方向聚拢在集热罩4的中间方孔11处，达到使原本分散的热流集中到与发电模块9大小相匹配的较小范围内的目的；集热器10的翅片12极大的增加了集热器的集热面积，能够稳定的吸收流过的热流的热量并迅速传递给热电模块9。本发明的集热器10由导热系数高的铝合金或铜等材制作成；热电模块9垂直于翅片11贴在集热器10相对光滑端面上，将集热器10吸收流过的热流的热量传给热电模块9的热面。通过控制集热器10的翅片12的数量和表面积、集热罩4的大小、集热器10与火源2的距离等集热方式来保证热电模块9热面温度的稳定在250-300°C左右，达到了为热电模块9提供稳定热量的目的。本实施例的热电模块9外表的陶瓷板分别为冷面和热面，冷、热面分别贴高导热石墨纸，冷面石墨纸与散热器8的光滑端面紧贴，热面石墨纸与带有翅片12的集热器10上的光滑端面紧贴，冷面和热面平行，散热器8、集热器10与热电模块9的冷、热面平行，集热器10、散热器8与热电模块9相对火源2的热流垂直，其温差电模块为耐高温稳定Bi2Te3基商用热电模块，热面耐温达380°C，冷面耐温达200°C。本实施例热电模块9设计为四片型号为TEHP1-1263-1. 5的热电电组件组成，每片组件大小为30mmX 30mmX 3. 0mm,由126对大小为I. OBmmX I. OBmmX I. 3mm的粒子制成，达到了降低器件成本、控制器件大小的目的。热电模块9的冷、热面分别贴高导热石墨纸来实现与散热器10和集热器8之间的无缝连接，保证了热电模块9与集热器10和散热器8之间良好的导热和在反复使用过程中热传导效率不变。同时该器件为耐高温稳定Bi2Te3基商用热电模块，热面耐温达380°C、冷面耐温达200°C ;才能在火源(瓦斯炉、木材燃烧等)为热源下集热器10温度为250-300°C的条件下稳定工作，冷端60-100°C条件下，四片能提供12V/5V电压和8W的功率，产生的电能足够通过给常规的照明器提供电源或给便携式电器如笔记本、充电电池、手机、Mp4等充电；四片TEHP1-1264-0. 8能提供12V/5V电压和15W的功率，则能同时给大型便携式电器如笔记本电脑等充电和为照明电器提供电源，器件所用原料少，功率比及能量比大。本发明实施例的散热器8为铝型材挤压式散热器8加小型风扇7，固定在散热器8上的小风扇7选用大小90mmX 90mm，风扇电机容量为I 3w，额定电压10-15V，额定电流0. 10-0. 20A。当半导体热电发电装置工作时，在带小风扇7的散热器8的散热作用下，紧贴散热器8的热电模块9冷面的温度能稳定在60-100°C左右。热电模块9的热量通过
热电模块9本身扩散的热量很小，而采用热电模块9温差发的电带动散热器8上的风扇7后，加快空气流动，将半导体热电发电模块9冷面的热量散发出去，才能使冷面的温度稳定60-100°C左右，从而在热电发电模块9的两端面产生稳定的温度差来发电。本发明集热效率闻，火源热量实际利用率的提闻间接提闻了发电效率，提供了一种以火源为热源，将集热器直接放置在火源上方，能够有效聚集分散的热流，吸收流过的热流的热量传递到热电模块热面，带风扇的散热器贴在热电模块的冷面将热量散发出去，利用热电模块冷、热面的恒定温度差来提供稳压电源，同时提供照明和给便携式设备充电。
权利要求
1.一种高效率直燃式热电半导体发电装置，包括集热器、散热器、热电模块，其特征在于，所述装置通过带集热罩(4)和翅片(12)的集热器收集热量，通过带翅片和风扇(7)的散热器(8)散发热量；集热器(10)的上方装有热电模块(9)，热电模块(9)的冷热两面均贴有石墨纸，热电模块(9)的热面通过石墨纸与集热器(10)贴合,热电模块(9)的冷面通过石墨纸与散热器(8)贴合；散热器(8)外安装有风扇(7),热电模块(9)通过引线连接插座(6)向外输送电能。
2.根据权利要求I所述的一种高效率直燃式热电半导体发电装置，其特征在于，所述集热罩(4)为中间有开孔(11)的片状金属圆片，开方孔翻起的折边垂直于集热罩平面，带翅片的集热器可安装固定在折边上；集热罩(4)大小与火源(2)大小相匹配；开孔(11)在集热罩(4)中心，大小与上方带有翅片(12)的集热器(10)的大小相匹配。
3.根据权利要求I所述的一种高效率直燃式热电半导体发电装置，其特征在于，所述集热器(10)为带有翅片(12)的块状体，集热器(10)的上部外壁为平面，其大小与热电模块(9)大小相匹配，下部为翅片状，并且按照一定比例设计翅片(12)数量和大小。
4.根据权利要求I所述的一种高效率直燃式热电半导体发电装置，其特征在于，所述集热器翅片(12)水平于火焰(2)方向，集热罩开孔(11)垂直于火焰(2)方向。
全文摘要
一种高效率直燃式热电半导体发电装置，包括集热器、散热器、热电模块，所述装置通过带集热罩(4)和翅片(12)的集热器收集热量，通过带翅片和风扇(7)的散热器(8)散发热量；集热器(10)的上方装有热电模块(9)，热电模块(9)的冷热两面均贴有石墨纸，热电模块(9)的热面通过石墨纸与集热器(10)贴合，热电模块(9)的冷面通过石墨纸与散热器(8)贴合；散热器(8)外安装有风扇(7)，热电模块(9)通过引线连接插座(6)向外输送电能。本装置提供的电压稳定、结构简单、寿命长、体积小便于携带、经济适用。本发明适用于只需有火源提供热量就能直接发电的户外、偏远地区和应急等没有电源供应又急需电力的场合。
文档编号H02N11/00GK102664565SQ201210175150
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月31日 优先权日2012年5月31日
发明者郑俊辉, 陈俊海, 陈燕木, 颉钦冠 申请人:江西纳米克热电电子股份有限公司