[实用新型]一种平面型柔性温差发电结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种温差发电结构，尤其涉及一种平面型柔性温差发电结构。

背景技术

能源危机日益严重，迫切需要积极推进和提倡使用洁净的可再生能源。热能作为自然界中分布广泛的一种能源，时刻在产生。但是，目前人类对热能的利用还远远不足，利用率极低。将这些自然界中没有利用起来的热能充分利用起来，转化成为能储存、直接利用的电能，具有十分重大的研究价值。

自1821年发现了塞贝克效应，随着对热电材料的不断研究，热电技术得到了越来越多的关注。温差发电器利用热电半导体的塞贝克效应，将两种不同的半导体材料（P型和N型）串联起来，两端分别连接热源和冷源，如果冷端和热端之间存在温差，就会在串联结构两端形成电压，这样构成的一个温差发电器可将自然界中的热能直接转化为电能。由于温差发电器件具有无移动部件、无污染、结构简单、易于小型化等优点，使得温差发电技术具有广泛的应用前景。

目前热电单元对的排列分布大致分为两种：一种为垂直排列，热电单元呈柱状排列，特征为冷端和热端的连线与热电单元阵列面垂直；另一种为平面排列，特征为冷端和热端的连线与热电单元阵列面平行。

垂直排列分布式的温差发电器能够实现较高的排布密度，但是由于热电单元相对热阻较小，两端温差较小，制造工艺复杂，成本高。常见的平面排布式的热电单元对数少，冷端和热端之间没有隔离，温差较少。

微型温差发电器中的热电单元分为块体和薄膜两种形式，块体热电材料的热电优值有一定的局限，基于本身的特性，其热电优值难以进一步提高，且制造成本高，难以达到大规模使用的目的。

现有的很多微型温差发电器大多为刚性的，不具有柔性特征。刚性的温差发电器的应用场合有限制，不适用于曲面。例如：当热源为人体表面或一些弧面时，刚性的温差发电器则不适用。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种平面型柔性温差发电结构，用于解决技术中热电臂的冷端和热端之间没有热隔离，热电臂的冷端没有加强散热，热电臂冷热端温差相对较小，温差发电结构不具有柔性等问题。该实用新型结构稳定可靠、加工工艺简单、适用曲面、灵活轻便。

本实用新型采用的技术方案是：

包括从下而上依次排布铺设的热传导层、绝缘层、发电层和热端保护层；所述热传导层、绝缘层、发电层和热端保护层均采用柔性材料，第一柔性材料和第二柔性材料紧密相间排列形成热传导层，热端保护层为柔性绝缘条，第一柔性材料和柔性绝缘条的导热系数均低于第二柔性材料的导热系数。

所述的发电层包括多排间隔平行布置的薄膜热电臂组，每组薄膜热电臂组的排列方向平行于第二柔性材料，每组薄膜热电臂组包括相间排列成一排的P型薄膜热电臂和N型薄膜热电臂，P型薄膜热电臂和N型薄膜热电臂的数量相同，相邻的P型薄膜热电臂和N型薄膜热电臂的冷端之间和热端之间均通过铜导线串联连接，各组薄膜热电臂组通过连接在各自两端的薄膜热电臂冷端上的铜导线并联在一起；

所述柔性绝缘条铺设在每组薄膜热电臂组中薄膜热电臂的热端上方，作为热端保护层，每组薄膜热电臂组位于各自对应的第一柔性材料的上方，柔性绝缘条位于各自对应的第二柔性材料的正上方。

所述连接在薄膜热电臂冷端的铜导线上均设有用于散热的翅片。

所述的每组薄膜热电臂组中的P型薄膜热电臂和N型薄膜热电臂的热端端面位于对应的第二柔性材料正上方中间处。

所述的P型薄膜热电臂或者N型薄膜热电臂的长宽比为10：1，相邻的P型薄膜热电臂和N型薄膜热电臂之间的间距为100~500μm。

所述的第一柔性材料的热传导系数为0.01～0.15w/m·k，第二柔性材料的热传导系数为20~100w/m·k。

所述的第一柔性材料内部为实心结构。

本实用新型具有的有益效果是：

相比于垂直结构，本实用新型的平面型柔性温差发电结构有较好的温度分布特性，导热系数高和导热系数低的两种材料一端紧贴热源而另一端暴露在低温环境中，这样可以产生较大的温度梯度。

本实用新型保护了薄膜热电臂的热端温度，减少薄膜热电臂的冷热端对流，薄膜热电臂的冷端散热片能加快冷端散热，达到更大的温差，从而增加输出电压。

本实用新型采用了薄膜热电臂，它的热电优值大，可以制成大面积器件，制造成本较低；采用平面排列分布式结构，热阻较大，制造简单，成本低。

本实用新型结构制造工艺简单、能加工多种热电材料，适合大批量生产。

本实用新型具有柔性，无毒，能弯曲，相比刚性结构更加灵活，轻便，适用例如人体手腕等曲面，应用范围比刚性结构更广。