本發(fā)明涉及一種發(fā)電裝置，尤其是一種利用太陽光加熱溫差發(fā)電芯片進(jìn)行發(fā)電的模組。

背景技術(shù)：

溫差發(fā)電是以塞貝克效應(yīng)為基礎(chǔ)的，它由N、P兩種不同類型的半導(dǎo)體熱電材料經(jīng)過導(dǎo)電性好的導(dǎo)流片串聯(lián)而成，當(dāng)熱端加熱時(shí)，使器件的兩端建立起溫差，兩種載流子都流向冷端，形成溫差發(fā)電器。溫差發(fā)電芯片具有眾多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：安全可靠，使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)費(fèi)用低，沒有噪聲，可以利用太陽能、放射性同位素輻射等熱源，能適應(yīng)任何特殊氣候的地區(qū)使用。

在現(xiàn)有技術(shù)中，已公開有利用太陽能溫差發(fā)電片進(jìn)行發(fā)電的裝置，如在公告號(hào)為CN202053502U的一種聚光型太陽能溫差發(fā)電裝置，包括菲涅爾透鏡、集熱器、半導(dǎo)體溫差發(fā)電片、水冷系統(tǒng)和支架，其中，所述菲涅爾透鏡固定在支架上，所述半導(dǎo)體溫差發(fā)電片設(shè)置與菲涅爾聚光透鏡光路上，其上表面和表面分別緊貼有所述集熱器和水冷系統(tǒng)，太陽光入射到所述菲涅爾聚光透鏡，被其匯聚后聚焦到所述集熱器上，該集熱器將吸收太陽光的光能轉(zhuǎn)換成熱能，在半導(dǎo)體溫差發(fā)電片的上表面形成高溫端，所述水冷系統(tǒng)在半導(dǎo)體溫差發(fā)電片的下表面形成低溫端，通過該半導(dǎo)體溫差發(fā)電片的上下兩個(gè)表面形成的溫度差即可產(chǎn)生電能。

該專利的技術(shù)方案中，采用菲涅爾聚光透鏡，具有體積小、厚度薄、易安裝、聚光效率高等特點(diǎn)，可以直接將太陽能光能轉(zhuǎn)換成熱能并通過導(dǎo)熱的方式直接傳遞給半導(dǎo)體溫差發(fā)電片，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、成本低、效率高。裝置無污染、壽命長(zhǎng)、安裝簡(jiǎn)單、可以作為補(bǔ)償能源用于風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電等各種聯(lián)合供電系統(tǒng)中。

但是該專利中，也存在一些不足：例如在結(jié)構(gòu)上沒有采用模塊化的設(shè)計(jì)思路，將造成后期多個(gè)發(fā)電裝置同時(shí)工作時(shí)連接拓展的不便，另一方面，在發(fā)電裝置的批量生產(chǎn)上，沒有采用模塊化的設(shè)計(jì)，將不利于生產(chǎn)效率的提高，以及主要零部件的通用。另外，支架與水冷系統(tǒng)等沒有進(jìn)行部件組合，造成了部件數(shù)量的增加，從而影響到生產(chǎn)效率和成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)上述不足，提供一種同利用太陽能加熱溫差發(fā)電芯片的熱端，同時(shí)溫差發(fā)電芯片的冷端固定有水冷器，通過溫差發(fā)電芯片熱端與冷端之間的溫差進(jìn)行發(fā)電的裝置。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用水冷式溫差發(fā)電模組的技術(shù)方案是：一種水冷式溫差發(fā)電模組，包括有溫差發(fā)電芯片，所述溫差發(fā)電芯片的熱端表面設(shè)置有保護(hù)層，溫差發(fā)電芯片的冷端固定于基板上。

所述基板表面設(shè)置有絕緣層，絕緣層上設(shè)置有電路層，所述電路層與溫差發(fā)電芯片的電極相連接。

所述基板為鋁基板，鋁基板表面制作有可焊接層，溫差發(fā)電芯片的冷端焊接在所述的可焊接層，溫差發(fā)電芯片的電極與可焊接層表面的絕緣層上的電路層相連接。

所述溫差發(fā)電芯片熱端表面與保護(hù)層間設(shè)置有吸熱鍍膜，所述吸熱鍍膜覆蓋在保護(hù)層的表面，溫差發(fā)電芯片、保護(hù)層、吸熱鍍膜和基板構(gòu)成一溫差發(fā)電結(jié)構(gòu)。

所述基板固定或焊接于水冷器的凹槽底部平面。

所述水冷器的凹槽內(nèi)側(cè)面設(shè)置有隔熱材料。

所述水冷器為截面類似型的長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)。

所述水冷器的凹槽開口處設(shè)置有聚光透鏡，聚光透鏡位于保護(hù)層的上方。

所述水冷器凹槽內(nèi)部空間中設(shè)置有呼吸器。

所述的水冷器兩側(cè)分別設(shè)置有類似U型的開槽，兩側(cè)開槽方向相反，分別為垂直朝上和垂直朝下。

本發(fā)明的有益效果：

采用模塊化的設(shè)計(jì)思路，本發(fā)明主要有溫差發(fā)電結(jié)構(gòu)、水冷器和聚光透鏡等主要部件組成，溫差發(fā)電結(jié)構(gòu)可以先進(jìn)行批量和專業(yè)化的生產(chǎn)，然后將再將溫差發(fā)電結(jié)構(gòu)、聚光透鏡等主要部件先后安裝到水冷器上，從而形成一個(gè)完整的溫差發(fā)電模塊。

水冷器兩側(cè)的U字形開槽可以將多個(gè)溫差發(fā)電模塊進(jìn)行自由組合，從而溫差發(fā)電模組發(fā)電功率的拓展，進(jìn)一步擴(kuò)大產(chǎn)品的適用性和應(yīng)用范圍。

溫差發(fā)電結(jié)構(gòu)表面設(shè)置的保護(hù)層，可以有效對(duì)溫差發(fā)電結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行良好的密封，從而保護(hù)內(nèi)部溫差發(fā)電芯片、基板等部件的電氣連接，從而提高溫差發(fā)電結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

在保護(hù)層的表面設(shè)置吸熱鍍膜，其位于溫差發(fā)電芯片熱端與保護(hù)層之間，可以更加有效的聚集太陽光產(chǎn)生的熱能，而在凹槽內(nèi)側(cè)面設(shè)置有隔熱保溫材料，也有利于防止太陽光產(chǎn)生熱量的流失；在溫差發(fā)電芯片冷端焊接有基板，而基板焊接在水冷器凹槽底部平面，從而減少溫差發(fā)電芯片與水冷器之間的熱阻；通過以上溫差發(fā)電芯片熱端與冷端的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，可以加大熱端與冷端的溫差，從而實(shí)現(xiàn)溫差發(fā)電效率的提升。

內(nèi)置呼吸器的結(jié)構(gòu)，可以有效減少聚光透鏡與溫差發(fā)電結(jié)構(gòu)之間密閉空間由于熱脹冷縮，保持空間良好的密封性。

本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，模塊化設(shè)計(jì)，適用于大批量的工業(yè)化生產(chǎn)，有助于生產(chǎn)成本的降低和產(chǎn)品的應(yīng)用推廣。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例的立體示意圖；

圖2為本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中心處的橫向剖面示意圖；

圖3為本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例組合應(yīng)用的示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1、2所示，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例主要由溫差發(fā)電芯片1、吸熱鍍膜2、保護(hù)層3、基板4、隔熱材料5、聚光透鏡6、水冷器7、U型槽8、螺絲孔9、鰭片10等組成。其中，在溫差發(fā)電芯片1的熱端表面與保護(hù)層3之間設(shè)置有吸熱鍍膜2、所述吸熱鍍膜2制作在保護(hù)層3的表面，溫差發(fā)電芯片1的冷端固定于基板4，溫差發(fā)電芯片1、吸熱鍍膜2、保護(hù)層3和基板4構(gòu)成溫差發(fā)電結(jié)構(gòu)a。

吸熱鍍膜2主要是由吸熱材料組成，其一般通過電鍍的方式制作在保護(hù)層2的表面，作用是盡量吸收太陽光中的熱能，減少太陽光的反射等損失，從而使太陽光產(chǎn)生的熱能以更高的效率被溫差發(fā)電芯片1轉(zhuǎn)化為電能，如果對(duì)于發(fā)電效率要求較低，考慮到生產(chǎn)成本，可以選擇不采用吸熱鍍膜2，即在溫差發(fā)電芯片1的熱端表面直接設(shè)置保護(hù)層3。

基板4為一金屬或陶瓷等高導(dǎo)熱材料制作的平板，主要是作為溫差發(fā)電結(jié)構(gòu)a的安裝平臺(tái)和溫差發(fā)電芯片1的冷端傳導(dǎo)介質(zhì)?；?的設(shè)置，將溫差發(fā)電芯片1、吸熱鍍膜2、保護(hù)層3、基板4等組合成一溫差發(fā)電結(jié)構(gòu)a，更進(jìn)一步將溫差發(fā)電結(jié)構(gòu)a作為一個(gè)模組結(jié)構(gòu)，進(jìn)行批量和專業(yè)化的生產(chǎn)后，作為一個(gè)部件應(yīng)用到實(shí)施例中，從而促進(jìn)分工的精細(xì)化和專業(yè)化，提高生產(chǎn)效率。

基板4一般優(yōu)選鋁、銅及其他們的合金，或是陶瓷材料制作，例如可以在基板4表面設(shè)置有絕緣層，絕緣層上設(shè)置有電路層，電路層與溫差發(fā)電芯片1的電極相連接。通過基本4表面設(shè)置的絕緣層和電路層后，在生產(chǎn)過程中，只需要將溫差發(fā)電芯片1安裝在基板4上的指定位置，即可以實(shí)現(xiàn)溫差發(fā)電芯片1的固定和電氣連接，優(yōu)選采用自動(dòng)回流焊或是加熱臺(tái)的方式進(jìn)行生產(chǎn)，從而有助于提高生產(chǎn)效率。

絕緣層具有良好絕緣效果，并導(dǎo)熱性能良好的一層，一般采用搪瓷層或三氧化二鋁的氧化層，厚度為0.8～1.5微米。所謂搪瓷，是將含有無機(jī)玻璃質(zhì)的材料通過熔融凝于基體金屬上并與金屬牢固結(jié)合在一起的一種復(fù)合材料。搪瓷層的絕緣性能良好，通過添加其他高導(dǎo)熱性材料的，使其同時(shí)具有良好的導(dǎo)熱性。

基板4優(yōu)選為鋁基板，鋁基板為鋁合金材料制作的平板。由于鋁基板與其他金屬難以實(shí)現(xiàn)焊接，因此其技術(shù)解決路線如下：先在鋁基板表面制作有可焊接層，溫差發(fā)電芯片1的冷端焊接在所述的可焊接層，溫差發(fā)電芯片1的電極與可焊接層表面的絕緣層上的電路層相連接。

可焊接層的制作方式為電鍍、印刷、復(fù)合或噴涂，通過實(shí)際試驗(yàn)和對(duì)比，優(yōu)選采用熱噴涂的方式，噴涂材料優(yōu)選采用銅及其合金，兩者具有較好的焊接強(qiáng)度和耐久度，適合于批量化生產(chǎn)。

絕緣層可以直接制作在可焊接層的表面，再在絕緣層上制作電路層?；蛘呤遣捎密浶跃€路板或玻纖板，在軟性線路板或是玻纖板上制作電路層。本實(shí)施例的絕緣層優(yōu)選采用軟性線路板或玻纖板，因?yàn)槠渲谱骷夹g(shù)成熟、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電路層可以先直接在軟性線路板或玻纖板上制作完成后，直接在安裝在基板4的表面。

可焊接層在熱噴涂的過程中，可以局部定點(diǎn)噴涂或是全部噴涂。采用全部熱噴涂，不需要制作夾具等輔助配件，可以直接噴涂操作；采用局部定點(diǎn)熱噴涂，相對(duì)于全部噴涂，則需要制作專業(yè)的夾具，并控制好噴涂的準(zhǔn)確度。

基板4固定或焊接于水冷器7的凹槽底部平面，使溫差發(fā)電芯片1的冷端通過基板4與水冷器7進(jìn)行冷傳導(dǎo)。基板4如采用機(jī)械固定方式，對(duì)于售后維修或拆裝具有較大的便利性，但冷傳導(dǎo)的效率相對(duì)與焊接會(huì)較低；基板4如采用焊接方式，冷傳導(dǎo)的效率相對(duì)會(huì)有所提升，但后期拆裝維修會(huì)帶來較大的不便。

水冷器7一般采用導(dǎo)熱系數(shù)高、熱阻小，受熱后能夠快速將熱量傳導(dǎo)和均勻分布的物體或裝置，常用的為銅、熱管、鋁合金、相變材料、碳纖維、石墨烯等中的一種金屬、非金屬或裝置。在本實(shí)施列中，水冷器7優(yōu)選采用自然散熱，采用鋁合金材質(zhì)，由于鋁合金材料具有較高導(dǎo)熱系數(shù)，在230W/mK左右，而且金屬穩(wěn)定性較好，成本較低，通過鋁擠壓等工藝便于成型。

本實(shí)施例中，水冷器7為截面類似型的長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，其中水冷器7上方的開口凹槽用于固定溫差發(fā)電結(jié)構(gòu)a，并在凹槽開口處設(shè)置固定有聚光透鏡6，使聚光透鏡6位于保護(hù)層3的上方，在凹槽內(nèi)側(cè)面設(shè)置有隔熱材料5。水冷器7的下方為一個(gè)截面方形的水冷腔，內(nèi)部設(shè)置有鰭片10，鰭片10的表面設(shè)置有細(xì)小的凹凸面，以增加鰭片10的表面積，擴(kuò)大水冷腔內(nèi)部液體與鰭片10的接觸面，從而提高冷熱交換的效率。在水冷器7的內(nèi)部設(shè)置有眾多的螺孔槽9，側(cè)蓋通過螺孔槽9進(jìn)行密封固定，從而實(shí)現(xiàn)水冷器7的上方凹槽和下方水冷腔密閉。

聚光透鏡6在本實(shí)施例中優(yōu)選采用菲涅爾透鏡，但考慮到不同的應(yīng)用領(lǐng)域和環(huán)境，同樣可以采用凸透鏡，使不同方向照射的太陽光能較好的聚焦在溫差發(fā)電芯片1熱端表面的方向。

保護(hù)層3為高透光率的樹脂或其他塑料，對(duì)溫差發(fā)電結(jié)構(gòu)a表面進(jìn)行良好的密封，從而保護(hù)內(nèi)部溫差發(fā)電芯片1、基板4等部件的電氣連接，從而提高溫差發(fā)電結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

隔熱材料5為導(dǎo)熱系數(shù)低、耐高溫、穩(wěn)定性高的材料，優(yōu)選采用保溫涂料等，采用噴涂方式固定于水冷器7的凹槽內(nèi)側(cè)面。其主要作用是防止水冷器7上方的凹槽內(nèi)部與外部之間的熱傳導(dǎo)或熱輻射，有利于溫差發(fā)電芯片1熱端溫度的保持和上升。

所述的水冷器7兩側(cè)分別設(shè)置有類似U型的開槽8，兩側(cè)開槽8的方向相反，分別為垂直朝上和垂直朝下，從而方便對(duì)多個(gè)溫差發(fā)電模組組合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)發(fā)電功率的拓展，進(jìn)一步擴(kuò)大產(chǎn)品的適用性和應(yīng)用范圍。

如圖3所述，本發(fā)明中兩個(gè)溫差發(fā)電模組的組合應(yīng)用示意圖。在水冷器7的兩側(cè)通過螺孔槽9固定有側(cè)蓋11，從而實(shí)現(xiàn)兩側(cè)的密封。在水冷器7的凹槽內(nèi)部空間中設(shè)置有呼吸器12，安裝位置固定于側(cè)蓋11上。呼吸器12主要是在上述空間受冷后，空間變小的情況下，通過呼吸器12吸入空氣，同樣的，如果上述空間受熱膨脹，則通過呼吸器12呼出空氣，從而達(dá)到內(nèi)外空間的壓力平衡，保持空間的氣密性。

在每個(gè)模組的側(cè)蓋11上分別設(shè)置有管道14，分別為流入管道和流出管道，并連接到總流入管道和總流出管道，總流入管道與總流入口15連接，總流出管道與總流出口16連接，總流入口15與總流出口16分別連接電機(jī)等動(dòng)力裝置(包括散熱)，進(jìn)行流動(dòng)循環(huán)。

兩個(gè)模組內(nèi)部的導(dǎo)線13從側(cè)蓋11上引出，通過防水接頭進(jìn)行相互連接，形成一根電能輸出的總線路。

通過水冷器7兩側(cè)的類似U型開槽8，實(shí)現(xiàn)模組間的結(jié)構(gòu)連接，通過管道14的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)模組間的水冷循環(huán)，通過側(cè)蓋11引出的導(dǎo)線13，實(shí)現(xiàn)模組間的電氣連接，通過上述三個(gè)連接，使兩個(gè)模組有效的組合起來，實(shí)現(xiàn)多個(gè)模組發(fā)電功率的拓展。

以上所述的實(shí)施例，只是本發(fā)明較優(yōu)選的具體實(shí)施方式，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在技術(shù)方案范圍內(nèi)進(jìn)行的通常變化和替換都應(yīng)該包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。