相变抑制传热温差发电器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及能源领域，特别是涉及一种相变抑制传热温差发电器件。
【背景技术】
[0002]塞贝克效应是德国科学家塞贝克(T.J.Seebeck)于1821年发现的。如图1，一个P型温差电元件10和一个N型温差电元件11在热面12和冷面13分别用电极14连接起来，就构成了一个传统的温差电单体。当这个温差电单体的热面输入热量、另一面保持不变的温度而建立温差时，由于塞贝克效应，回路两端就会产生电动势；在回路里接上负载15，该负载上就获得了电功率，这就是一个最简单的温差发电器。
[0003]能够实用化的温差发电组件，往往由几对或几十对，甚至更多对温差电单体构成。传统的温差发电组件，其中的温差电单体(包括P型温差电元件10及N型温差电元件11)，在电路上是串联的，而在热路上是并联的。作为一个完整的温差发电组件，其热、冷两面电极14的外侧各集成了一片DBC陶瓷板16，与外界实行电隔离，所述温差发电组件通过正电极141及负电极142与外界负载相连接，见图2.
[0004]以上所述传统温差发电组件中，电极主要充当P型和N型温差电元件的电连接器，也具有热量传递的作用，但是整个温差电组件陶瓷片两个外侧通常必须安装体积很大的热交换器，将需要的热量传递进温差电组件，将不需要的热量发散到环境中去。这样构成一个温差发电器，典型的结构见图3，所述结构包括集热器17、温差发电组件18及散热器19。
[0005]以上所述传统温差发电组件和温差发电器，可用于制造燃气或燃油温差发电器(系统)、放射性同位素温差发电器，或可用于太阳热发电、地热发电、工业余热发电、汽车尾气发电等。由于它没有转动部件，因此工作寿命长、无噪音，而且是一种环境友好电源，已经在航天、工业、国防、民用电器等国民经济各部门获得应用。
[0006]传统结构温差发电器，由于温差发电组件与热、冷面热交换器接触的是陶瓷片，最常用的是厚度为0.6mm或1mm的氧化铝陶瓷片。陶瓷片在温差发电组件与金属制成的热交换器之间起着电绝缘的作用，但同时，在传热通路上，热、冷两面，陶瓷片与热交换器之间的界面热阻、陶瓷片的热阻和陶瓷片与温差电单体电极之间的接触热阻，会造成很大的热损失。热面温度和冷面温度之间的温差愈大，热阻越大，热损失也就越大。
[0007]另一个问题是，传统结构温差发电器中，温差发电组件必须配置体积和重量庞大的热交换器。最常用的方法，冷面用肋状铝质散热器，外加强迫风冷。不仅增加了温差发电器整体的重量和体积，也降低了整机的可靠性。
[0008]本实用新型针对传统温差发电器件的缺点，提出一种新结构温差发电器件。【实用新型内容】
[0009]鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种相变抑制传热温差发电器件，用于解决现有技术中由于温差发电组件与热、冷面热交换器接触的是陶瓷片，陶瓷片与热交换器之间的界面热阻、陶瓷片的热阻和陶瓷片与温差电单体电极之间的接触热阻，会造成很大的热损失的问题。热面温度和冷面温度之间的热流密度越大，热阻造成的温差损失越大，热损失也就越大，从而降低了温差发电器件的热-电转换效率。
[0010]为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种相变抑制传热温差发电器件，所述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；
[0011]所述P型温差电元件、所述N型温差电元件、所述相变抑制散热板及所述相变抑制集热板平行排布，所述相变抑制集热板位于所述P型温差电元件及所述N型温差电元件之间，所述相变抑制散热板位于所述P型温差电元件或所述N型温差电元件远离所述相变抑制集热板的一侧;所述P型温差电元件、所述N型温差电元件、所述相变抑制散热板及所述相变抑制集热板紧密贴合。
[0012]作为本实用新型的相变抑制传热温差发电器件的一种优选方案，所述相变抑制散热板及所述相变抑制集热板均包括一金属板，所述金属板内形成有具有一定形状的封闭管道，所述封闭管道内填充有传热工质。
[0013]作为本实用新型的相变抑制传热温差发电器件的一种优选方案，所述相变抑制散热板及所述相变抑制集热板均包括两块层叠的金属板;其中一层所述金属板内形成有具有一定形状的封闭管道，所述封闭管道内填充有传热工质，另一层所述金属板内形成有具有一定形状的流体介质管道，所述流体介质管道两端形成有开口，所述开口适于与流体介质源相连通。
[0014]作为本实用新型的相变抑制传热温差发电器件的一种优选方案，所述封闭管道的形状为六边形蜂窝状、圆形蜂窝状、四边形蜂窝状、首尾串联的多个U形、菱形、三角形、圆环形，或其中任一种以上图形的任意组合。
[0015]作为本实用新型的相变抑制传热温差发电器件的一种优选方案，所述相变抑制散热板及所述相变抑制集热板的材料均为铜、铜合金、铝、铝合金、钛、钛合金、不锈钢，或其中任一种以上的任意组合。
[0016]作为本实用新型的相变抑制传热温差发电器件的一种优选方案，所述P型温差电元件及所述N型温差电元件的材料均为掺杂的赝二元碲化铋及其固溶体、赝三元碲化铋及其固溶体、掺杂的碲化铅及其固溶体、碲化锗及其固溶体、单填或多填的方钴矿类温差电材料、Half-Heusler温差电材料、掺杂的S1-Ge合金、Zintl相温差电材料。
[0017]作为本实用新型的相变抑制传热温差发电器件的一种优选方案，所述相变抑制散热板及所述相变抑制集热板与所述P型温差电元件及所述N型温差电元件贴合部分表面的形状为平面状，所述相变抑制散热板及所述相变抑制集热板其他部分的表面形成有孔洞、浅槽、突起、活页窗或覆盖涂层以强化传热。
[0018]作为本实用新型的相变抑制传热温差发电器件的一种优选方案，所述相变抑制传热温差发电器件包括多个所述温差电单体，所述多个温差电单体串联组合集成为所述相变抑制传热温差发电器件。
[0019]作为本实用新型的相变抑制传热温差发电器件的一种优选方案，所述相变抑制传热温差发电器件的两侧各设有一 DBC陶瓷板;位于所述相变抑制传热温差发电器件一侧的所述DBC陶瓷板贴合于所述温差电单体中的所述相变抑制散热板的表面，位于所述相变抑制传热温差发电器件另一侧的所述DBC陶瓷板经由一所述相变抑制散热板与所述温差电单体中的所述P型温差电元件或所述N型温差电元件相连接。
[0020]作为本实用新型的相变抑制传热温差发电器件的一种优选方案，所述P型温差电元件、所述N型温差电元件、所述相变抑制散热板、所述相变抑制集热板及所述DBC陶瓷板通过软钎焊、硬钎焊、压接、摩擦焊或压焊工艺固定连接。该陶瓷板也可用有电绝缘、隔热功能，并与本实用新型所述的温差发电器件工作温度范围相容的其他材料的板材替换。
[0021]如上所述，本实用新型的相变抑制传热温差发电器件，具有以下有益效果:
[0022]1.本实用新型的相变抑制传热温差发电器件由一片相变抑制集热板和一片相变抑制散热板将一片P型温差电元件和一片N型温差电元件隔离开，构成一对温差电单体。若干个温差电单体串联组合集成为温差电器件，中间无需电隔离;一体化相变抑制传热板既作为温差电单体的电极，同时又作为集热板和散热板;本实用新型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，界面热阻较小，大大提高了温差发电器件的热-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；
[0023]2.本实用新型的相变抑制传热温差发电器件中的温差电元件，是经区域熔炼生长的棒材(或者是热压或其他粉末冶金工艺制造的块体材料)切成片材后，再经适当的表面处理工艺后直接当作温差电元件，而不同于传统温差电组件制作工艺，即由片材再经切割工艺制造成相对小矩形截面的温差电元件，因此简化了温差电组件的制造工艺，提高了材料利用率，大大降低了原材料消耗和成本。
【附图说明】
[0024]图1显示为现有技术中的温差发电单元的结构示意图。
[0025]图2显示为现有技术中的温差发电组件的结构