专利名称：半导体制冷片温差发电实验装置的制作方法
技术领域：
本发明属于热电转换领域，涉及ー种半导体制冷片温差发电实验装置。
背景技术：
温差发电是ー种利用热能发电的技木。这种技木通过热电材料，将热能直接转化为电能，与主流发电方式不同，它无废弃物的排放，无噪声，工作安全可靠稳定，是对热能的回收再利用。但长期以来，因为受到生产成本和转换效率的限制，温差发电技术的应用一直局限于高科技和军事、航天领域。近年来，主要有两个突破方向，一方面不少人开始致カ于研究高优值系数及低成本的热电材料，另外一方面，人们发现温差发电在低品位热能重新利用方面存在着巨大的潜能，特别是在余热、废热回收方面。随着高性能热电转换的研究开发，该技术将在其他领域得到广泛应用。尤其是如何设计ー个有效装置，以达到稳定持续的发电效果，使系统长期可靠运行等方面，则是半导体温差发电向实际应用转化所亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明主要为解决类似于エ业生产中高温防爆旋转环境下，旋转反应釜内部温度测量的数采仪的供电问题而设计的温差发电实验装置。因为如果对旋转反应釜采用外部有线电源的供电方式，反应釜处于旋转状态，采用内部或者外部定子进行有线电源的铺设以形成环状的电路，并用电刷连接，则在旋转、高温和电线电压相互干扰等因素影响下会使电线有产生火花的危险。目前市场上应用于エ业生产中高温防爆旋转环境下利用余热的温差发电产品还鲜有报道，关键在于エ业环境中热电转换模块冷热两端温差的保持有一定的难度，现实情况是冷面在エ业环境中很快便被热面或者周围的高温环境所传导过来的热量所加热，从而使冷热两端的温差值骤降以致无法形成有效的恒定持续的温差发电效果，且在一定的高温环境中存在热电转换片的物理结构被改变的可能。当然也有采用蓄电池方案， 但是エ业生产中经常性停机更换蓄电池对于企业生产来说是极大的损失，是ー种不可持续发展的方式。本发明核心在于设计ー个实现在类似于エ业生产中高温防爆环境下旋转反应釜的数采仪的稳定持续的供电，同时使冷热两端保持恒定的温差且使热电转换片保持正常的物理特性的实验装置，相比エ业生产中的蓄电池方案，该方法安全环保并能长期使用且不需要更换蓄电池，为エ业生产提供强有力的保证。本发明解决技术问题所采取的技术方案
半导体制冷片温差发电实验装置，包括旋转单元、加热单元、热电转换单元、散热单元和输出供电单元；
加热单元为热电转换单元提供热端，散热单元为热电转换单元提供冷端，旋转单元使热电转换单元旋转，热电转换单元给输出供电单元供电；
所述的旋转单元包括电机、固定在电机转轴上的小齿轮、空心可旋转的钢管、固定在钢管外壁的大齿轮、旋转桶、半导体制冷片、散热片、支撑桶体的支架、延伸钢管、高温隔离箱和稳压电路模块；钢管从两个支架各自延伸到旋转桶的两端但不穿透旋转桶，钢管的圆面直径大于固定铁棒的圆面直径，固定铁棒处于钢管内部，加热桶、固定铁棒和支架固定在一起，三者不随钢管旋转而旋转；旋转体为旋转桶、半导体制冷片和散热片，旋转桶、半导体制冷片、散热片三者以圆环面的方式紧密贴在一起，肋板把钢管与旋转桶、半导体制冷片、 散热片三者固定在一起，肋板与加热桶没有任何连接，肋板固定在钢管上，相邻肋板间成 120°的夹角，旋转桶两端各有肋板进行固定；电机的转动速率通过在电路中连接一个电位器进行调节；稳压电路模块固定放置在高温隔离箱中，延伸钢管从旋转桶的靠近电机的一端延伸出来，延伸钢管连接高温隔离箱和旋转桶，高温隔离箱与旋转桶固定地连接在一起， 高温隔离箱随着旋转桶地旋转而旋转；
加热单元包括输入电压220V、开关电源、加热桶、加热丝、旋转桶、固定铁棒、延长加热丝；加热桶的固定通过三条肋板连接，相邻肋板之间成120°的夹角，三条肋板均焊接在固定铁棒上，加热桶的两端各有肋板进行固定，并且固定铁棒穿透整个加热桶；固定铁棒将加热桶固定在两个支架上，加热桶为固定不动，加热丝以串并联结合的方式紧贴在加热桶内壁上，两根延长加热丝紧贴固定铁棒从加热桶延伸到开关电源；
热电转换单元包括半导体制冷片；半导体制冷片处于旋转桶和散热片的中间，三者相互紧贴；通过将半导体制冷片以串联和并联两种方式相结合的形式连接在一起，并紧贴旋转桶外壁贴成ー个圆柱面；
散热单元包括散热片、喷头、水管、水泵、水箱；散热片围绕半导体制冷片紧密地贴成圆柱面，散热片两端边缘凸起形成ー个凹形水道，水泵处于水箱的外面，水管把喷头与水泵连接起来，喷头位于散热片上的凹形水道的正上方；
输出供电单元包括延伸钢管、高温隔离箱、稳压电路模块；稳压电路模块放在高温隔离箱中，延伸钢管从旋转桶的靠近电机的一端延伸出来，延伸钢管连接高温隔离箱和旋转桶，高温隔离箱与旋转桶固定地连接在一起。本发明的有益效果本发明基于热电转换效应，进行半导体制冷片温差发电，与传统温差发电方法相比，最突出的特点是提供了在エ业生产中类似高温防爆旋转环境下利用旋转体本身的高温余热进行稳定持续发电的装置，避免了更换蓄电池而造成的生产损失。
图1为本发明的系统立体结构图。图2为本发明的桶体的切面图。图3为本发明的系统剖视图。图4为本发明的电机单元局部放大图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进ー步的说明。本发明包括旋转单元、加热单元、热电转换单元、散热单元和输出供电单元。加热单元为热电转换单元提供热端，散热单元为热电转换单元提供冷端，旋转单元使热电转换単元旋转，热电转换単元给输出供电单元供电。
如图1、图2、图3、图4所示，旋转单元包括电机20、固定在电机20转轴上的小齿轮19、空心可旋转的钢管8、固定在钢管8外壁的大齿轮21、旋转桶13、半导体制冷片9、散热片1、支撑桶体的支架2、延伸钢管16、高温隔离箱12、稳压电路模块11。钢管8从两个支架2各自延伸到旋转桶13的两端但不穿透旋转桶13，固定铁棒17为圆柱形，钢管8的圆面直径大于固定铁棒17的圆面直径。固定铁棒17处于钢管8内部，固定铁棒17固定在支架 2上且不可旋转，钢管8处于支架2上但可以旋转，加热桶15、固定铁棒17和支架2固定在一起且不随钢管8旋转而旋转；旋转体为旋转桶13、半导体制冷片9、散热片1，旋转桶13、 半导体制冷片9、散热片1三者以圆环面的方式紧密贴在一起，肋板4把钢管8与旋转桶13、 半导体制冷片9、散热片1这三者固定在一起(旋转桶13的两端都有这样的处理)，3条肋板中相邻肋板之间成60度的夹角，三条肋板均焊接在钢管8外壁上，这样电机20便能通过旋转控制13、9、1进行旋转，但是这些肋板与加热桶没有任何的连接，因为加热桶是固定不动的，这样的话，使得旋转桶13、半导体制冷片9、散热片1三者在旋转的时候不至于松动，电机的转动速率通过在电路中连接一个电位器进行调节。利用电机20转动电机上延伸出去的小齿轮19从而带动钢管8上的大齿轮21驱动钢管8旋转，从而使旋转桶13、热电转换模块9和散热片1以整体的方式在一定的速率下旋转。如图1、图2、图3所示，加热单元包括输入电压220V、开关电源3、加热桶15、加热丝10、旋转桶13、固定铁棒17、延长加热丝18。加热桶15的固定通过肋板22连接，相邻肋板22之间成60度的夹角，三条肋板22均焊接在固定铁棒17上，加热桶15的两端各有肋板22进行固定以确保加热桶15的稳固，并且固定铁棒17穿透整个加热桶15。2为支撑桶体的支架，17为将加热桶15固定在两个支架2上的固定铁棒17，加热桶15为固定不动，加热丝10紧贴在加热桶15内壁上，两根延长加热丝18紧贴固定铁棒17从加热桶15延伸到开关电源3，用220V的交流电通过开关电源3后输出的电压给串并联在一起的加热丝10加热(并注意加热丝10上所有的电流和的最大值不可超过开关电源的可承受的最大电流值)。 旋转桶13与加热桶15有区別，旋转桶13可由电机20控制旋转，而加热桶15由固定铁棒 17固定在支架2上不可旋转，并且加热桶15与旋转桶13之间空隙极小以便使热量能有效地传导从加热桶15传到旋转桶13。如图1、图2、图3所示，热电转换单元包括半导体制冷片9。半导体制冷片处于旋转桶13和散热片1的中间，三者相互紧贴。半导体制冷片9的工作原理基于塞贝克效应， 采用高热电优值的两种半导体热电材料可以将热能直接转换成为电能。将半导体制冷片9 的冷面紧贴散热片1，半导体制冷片9的热面紧贴旋转桶13，基于上述便形成了两端恒定的温差，通过将半导体制冷片9以串联和并联两个方式相结合的形式組成热电转换模块，并紧贴旋转桶13贴成ー个圆柱面，热电转换模块输出电压的两根导线在高温隔离箱12与旋转桶13之间引出，从而输出电压，再通过电线穿过延伸钢管16将电压送给稳压电路模块11 进行处理。如图1、图2、图3所示，散热单元包括散热片1、喷头14、水管5、水泵7、水箱6。 散热片1围绕半导体制冷片9紧密地贴成圆柱面，散热片1两端边缘凸起形成ー个凹形水道，水泵7处于水箱6的外面，水管5把喷头14与水泵7连接起来，喷头位于桶体的散热片 1上的凹形水道的正上方。散热单元为ー个水循环系统，通过水泵7的作用，将冷凝水从水箱6抽取并沿水管5通过喷头14将冷凝水喷在散热片1的外表面的凹形水道，散热片1两
5端边缘凸起形成ー个凹形的水道是为防止水从两边流出，随着旋转桶13的旋转，水从散热片1表面慢慢降落在下面的水箱6中，从而形成一个给冷面降温的水冷循环系统。如图1、图3所示，输出供电单元包括延伸钢管16、高温隔离箱12、稳压电路模块 11。稳压电路模块11放在高温隔离箱12中，延伸钢管16从旋转桶13的靠近电机20的一端延伸出来，延伸钢管6连接高温隔离箱12和旋转桶13。热电转换模块由半导体制冷片9 通过串联和并联两种方式的结合组成，热电转换模块输出电压的两根导线在高温隔离箱12 与旋转桶13之间引出，再通过电线穿过延伸钢管16输出给稳压电路模块11作为稳压电路模块11的输入电压，经过稳压电路模块11的处理输出稳定的电压给负载(如数采仪等)。整体系统的动作将220V输入到开关电源3，开关电源3经过电压转换输出给固定在支架2上的加热桶15内壁的加热丝10通电加热从而使加热桶15外壁温度上升并稳定在一定的温度值形成高温，成为热电转换模块的热端，利用电机20转动电机上延伸出去的小齿轮19从而带动钢管8上的大齿轮21驱动钢管8旋转，从而使旋转桶13、热电转换模块9和散热片1以整体的方式在一定的速率下旋转。与此同时，水泵7抽取冷凝水通过喷头14将冷凝水均勻地喷在散热片1上，从而形成热电转换模块的冷端，旋转使得整个散热片1均勻地降温，经过旋转，冷凝水均勻地滴落在水箱6中，水泵7抽取冷凝水再喷在散热片1上从而形成ー个水冷循环系统，热电转换模块输出的电压经过稳压电路11处理输出稳定的电压值。
权利要求
1.半导体制冷片温差发电实验装置，包括旋转单元、加热单元、热电转换单元、散热单元和输出供电单元；加热单元为热电转换单元提供热端，散热单元为热电转换单元提供冷端，旋转单元使热电转换单元旋转，热电转换单元给输出供电单元供电；所述的旋转单元包括电机(20)、固定在电机(20)转轴上的小齿轮(19)、空心可旋转的钢管(8)、固定在钢管(8)外壁的大齿轮(21)、旋转桶(13)、半导体制冷片(9)、散热片 (1)、支撑桶体的支架(2)、延伸钢管(16)、高温隔离箱(12)和稳压电路模块(11);钢管(8) 从两个支架(2)各自延伸到旋转桶(13)的两端但不穿透旋转桶(13)，钢管(8)的圆面直径大于固定铁棒(17)的圆面直径，固定铁棒(17)处于钢管(8)内部，加热桶(15)、固定铁棒 (17)和支架(2)固定在一起，三者不随钢管(8)旋转而旋转；旋转体为旋转桶(13)、半导体制冷片(9)和散热片(1)，旋转桶(13)、半导体制冷片(9)、散热片(1)三者以圆环面的方式紧密贴在一起，肋板(4)把钢管(8)与旋转桶(13)、半导体制冷片(9)、散热片(1)三者固定在一起，肋板(4)与加热桶(15)没有任何连接，肋板(4)固定在钢管(8)上，相邻肋板(4)间成120°的夹角，旋转桶(13)两端各有肋板(4)进行固定；电机(20)的转动速率通过在电路中连接ー个电位器进行调节；稳压电路模块(11)固定放置在高温隔离箱(12)中，延伸钢管(16)从旋转桶(13)的靠近电机00)的一端延伸出来，延伸钢管(16)连接高温隔离箱 (12)和旋转桶(13)，高温隔离箱(12)与旋转桶(13)固定地连接在一起，高温隔离箱(12) 随着旋转桶(1 地旋转而旋转；加热单元包括输入电压220V、开关电源(3)、加热桶(15)、加热丝(10)、旋转桶(13)、 固定铁棒(17)、延长加热丝(18)；加热桶(15)的固定通过三条肋板(22)连接，相邻肋板 (22)之间成120°的夹角，三条肋板(22)均焊接在固定铁棒(17)上，加热桶(15)的两端各有肋板(22)进行固定，并且固定铁棒(17)穿透整个加热桶(15)；固定铁棒(17)将加热桶 (15)固定在两个支架(2)上，加热桶(15)为固定不动，加热丝(10)以串并联结合的方式紧贴在加热桶(15)内壁上，两根延长加热丝(18)紧贴固定铁棒(17)从加热桶(15)延伸到开关电源(3);热电转换单元包括半导体制冷片(9)；半导体制冷片(9)处于旋转桶(13)和散热片 (1)的中间，三者相互紧贴；通过将半导体制冷片(9)以串联和并联两种方式相结合的形式连接在一起，并紧贴旋转桶(13)外壁贴成ー个圆柱面；散热单元包括散热片(1)、喷头(14)、水管(5)、水泵(7)、水箱(6)；散热片(1)围绕半导体制冷片(9)紧密地贴成圆柱面，散热片(1)两端边缘凸起形成ー个凹形水道，水泵(7) 处于水箱(6)的外面，水管(5)把喷头(14)与水泵(7)连接起来，喷头(14)位于散热片(1) 上的凹形水道的正上方；输出供电单元包括延伸钢管(16)、高温隔离箱(12)、稳压电路模块(11)；稳压电路模块(11)放在高温隔离箱(12)中，延伸钢管(16)从旋转桶(13)的靠近电机(20)的一端延伸出来，延伸钢管(16)连接高温隔离箱(12)和旋转桶(13)，高温隔离箱(12)与旋转桶(13) 固定地连接在一起。
全文摘要
本发明涉及一种半导体制冷片温差发电实验装置。本发明包括旋转单元、加热单元、热电转换单元、散热单元和输出供电单元；加热单元为热电转换单元提供热端，散热单元为热电转换单元提供冷端，旋转单元使热电转换单元旋转，热电转换单元给输出供电单元供电。本发明基于热电转换效应，进行半导体制冷片温差发电，与传统温差发电方法相比，最突出的特点是提供了在工业生产中类似高温防爆旋转环境下利用旋转体本身的高温余热进行稳定持续发电的装置，避免了更换蓄电池而造成的生产损失。
文档编号H02N11/00GK102545723SQ20121005289
公开日2012年7月4日 申请日期2012年3月2日 优先权日2012年3月2日
发明者何晓峰, 杨成忠, 王建中, 薛安克, 陈张平 申请人:杭州电子科技大学