專(zhuān)利名稱(chēng)：液態(tài)金屬冷卻的級(jí)聯(lián)式半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種溫差發(fā)電裝置，特別涉及一種利用液態(tài)金屬冷卻的級(jí)聯(lián)式半導(dǎo)體
溫差發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，由于能源短缺，低品位能源如工廠(chǎng)余熱、汽車(chē)尾氣余熱等，以及可再生能源 如太陽(yáng)能、風(fēng)能等的利用，受到了前所未有的重視。然而，此方面還存在諸多技術(shù)障礙制約 其推向大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用，其中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一是必須發(fā)展效率高、經(jīng)濟(jì)、自給自足的能源 產(chǎn)生體系。 受余熱作用或太陽(yáng)能的照射，物體會(huì)在受熱面和背熱面之間產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的溫度梯 度；如能高效地利用這部分免費(fèi)的溫度梯度來(lái)產(chǎn)生電力，則是十分有意義的事。此方面，半 導(dǎo)體熱電元件是一種很有前景的電力產(chǎn)生裝置，這類(lèi)技術(shù)相對(duì)成熟，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單輕便，事實(shí)上 很早就發(fā)揮了作用，并一直延續(xù)至今。然而，溫差發(fā)電技術(shù)卻長(zhǎng)期被忽視，原因主要是效率 較低、產(chǎn)率不高等。通常，半導(dǎo)體熱電元件兩側(cè)不易維持特定的溫度梯度，也就是說(shuō)，即使受 到很高熱流的作用，若半導(dǎo)體熱電片兩側(cè)不采取合理的散熱，很難達(dá)到理想的發(fā)電溫度水 平和溫度差。針對(duì)這一問(wèn)題，傳統(tǒng)的空氣冷卻或液體冷卻在實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)時(shí)顯得不是很方 便。 為此，本發(fā)明提供一種利用液態(tài)金屬冷卻的級(jí)聯(lián)式半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置。 一方面 通過(guò)增加半導(dǎo)體熱電片的級(jí)數(shù)來(lái)盡可能充分吸收外界熱量并提升熱電裝置總體的溫差，另 一方面則通過(guò)引入高效的液體金屬冷卻來(lái)確保這一穩(wěn)定溫差，由此實(shí)現(xiàn)高效率的低品位熱 能發(fā)電。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種利用液態(tài)金屬冷卻的級(jí)聯(lián)式半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置；由于 其電能來(lái)自溫差電池產(chǎn)生的電能，因而該發(fā)電裝置屬于一種自維持型溫差發(fā)電裝置。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下 本發(fā)明提供的液態(tài)金屬冷卻的級(jí)聯(lián)式半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置，其由級(jí)聯(lián)式半導(dǎo)體溫 差發(fā)電模塊66和液體金屬散熱器組成； 所述級(jí)聯(lián)式半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊66為由1到100級(jí)半導(dǎo)體溫差發(fā)電片串聯(lián)或并 聯(lián)組成的半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊；
所述液體金屬散熱裝置包括 —個(gè)直接與所述級(jí)聯(lián)式半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊66低溫端表面相接觸的導(dǎo)熱平片1 ;
—個(gè)電磁泵和一個(gè)肋片式散熱器； 所述導(dǎo)熱平片1內(nèi)設(shè)有第一中空流道，該第一中空流道兩端端口分別安裝第一連 接管道3; 所述電磁泵包括
4
-泵體13 ;所述泵體13內(nèi)部設(shè)有一對(duì)第二中空流道；每一所述第二中空流道的兩 端分別為中空流道入口和中空流道出口 ；每一所述第二中空流道的一相對(duì)的壁面上分別嵌 裝有片狀電極片11 ;所述一對(duì)第二中空流道內(nèi)的片狀電極11的正負(fù)極方向相反；
分別嵌裝于所述泵體13上表面和表面上的片狀磁體10 ;所述片狀磁體10覆蓋所 述一對(duì)第二中空流道； 所述片狀磁體10大平面與所述片狀電極11大平面相互垂直； 所述片狀電極片11的電極引線(xiàn)9由設(shè)于所述第二中空流道壁面上的小孔引出，并
與外置的電池6相連； 所述肋片式散熱器包括 —個(gè)散熱基片2和安裝于所述散熱基片2上下表面上的散熱肋片5 ; 所述散熱基片2內(nèi)部設(shè)有第三中空流道，所述第三中空流道的兩端端口分別安裝
第二連接管道33 ; 所述導(dǎo)熱平片1的第一空心流道通過(guò)第一連通管道3與所述電磁泵的泵體13內(nèi) 的第二空心流道入口相連通；所述電磁泵的泵體13內(nèi)的第二空心流道出口通過(guò)第二連通 管道33與所述肋片式散熱器的散熱基片2內(nèi)的第三空心流道相連通；所述相連通的第一空 心流道、第二空心流道和第三空心流道內(nèi)裝有循環(huán)流動(dòng)的液體金屬8。 所述肋片式散熱器的肋片上方、下方或上下方設(shè)置有風(fēng)扇7，所述風(fēng)扇7為1-10
枚；所述風(fēng)扇7與電池6電連接。 所述電池6為半導(dǎo)體溫差電池或光電池。 所述電池6數(shù)目為1到IO個(gè)，其中一部分電池輸出端與所述風(fēng)扇的輸入端相連。
所述的片狀電極11為銅、石墨或不銹鋼材質(zhì)的電極片，所述片狀磁體10為 0. 01 3特斯拉磁強(qiáng)的永磁體片。 所述電池6厚度為10nm-10cm，長(zhǎng)度及寬度均為lcm-lm之間。
所述的液體金屬為鎵、鈉、鉀、水銀、鎵銦錫合金或鈉鉀合金。 所述肋片式散熱器的散熱基片2為不銹鋼、金剛石、銅、塑料、有機(jī)玻璃或聚合物 材質(zhì)的基片。 所述第一空心流道、第二空心流道和第三空心流道的縱截面形狀均為矩形、正方 形、三角形或多邊形，其長(zhǎng)度為i毫米-ioo厘米。 迄今，國(guó)內(nèi)外尚無(wú)通過(guò)液體金屬冷卻實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體溫差發(fā)電的嘗試，而多級(jí)半導(dǎo)體
溫差發(fā)電的引入也增大了電能輸出，該裝置在許多工業(yè)領(lǐng)域有重要應(yīng)用價(jià)值。 本發(fā)明充分利用了級(jí)聯(lián)溫差發(fā)電模塊無(wú)運(yùn)動(dòng)部件的特點(diǎn)及液體金屬的高效散熱
的優(yōu)勢(shì)，突破了傳統(tǒng)溫差發(fā)電器產(chǎn)電量低、熱管理系統(tǒng)復(fù)雜等不利，由此可確保實(shí)現(xiàn)高效的
低品位熱能的利用。以往，溫差發(fā)電器低溫端采用傳統(tǒng)散熱方式很難達(dá)到所需的工作溫度，
本發(fā)明引入的液體金屬?gòu)?qiáng)化冷卻可以靈活地實(shí)現(xiàn)所需的散熱強(qiáng)度。 本發(fā)明所提供的液態(tài)金屬冷卻的級(jí)聯(lián)式半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置的工作原理是這樣 實(shí)現(xiàn)的，采用溫差電池或光電池為電磁泵工作提供電力，繼而通過(guò)電磁泵驅(qū)動(dòng)中空流道內(nèi) 的液體金屬流動(dòng)，從而持續(xù)不斷地將級(jí)聯(lián)式半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊的冷端熱量迅速傳輸走； 散熱器的電能來(lái)源于余熱或太陽(yáng)能，因而使得該發(fā)電裝置是一種自維持型裝置；本發(fā)明中 由于工作流體是液體金屬，功耗低，因而易于采用電磁驅(qū)動(dòng)，這種驅(qū)動(dòng)流體流動(dòng)時(shí)對(duì)供電的要求是采用小電壓、大電流，而這恰恰為溫差電池或光電池提供了一個(gè)極好的用武之地；由 于溫差電池或光電池、電磁泵部件等的體積可作得很小，因此冷卻裝置的結(jié)構(gòu)相當(dāng)緊湊，不 會(huì)占據(jù)本發(fā)明液態(tài)金屬冷卻的級(jí)聯(lián)式半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置較多的空間，可根據(jù)不同發(fā)電模 塊的散熱需求制做成各種微型或稍大一些尺寸的散熱器。
當(dāng)然，本發(fā)明中，若在液體金屬內(nèi)添加磁性顆粒材料形成磁流體，還可借助磁流體
易于通過(guò)溫差驅(qū)動(dòng)的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)自維持運(yùn)行，此時(shí)只需設(shè)計(jì)好液體金屬流道的受熱面即
可，即使造成的流體速度不高，但由于是金屬流體，其熱量傳輸能力也是很顯著的。 總之，本發(fā)明沒(méi)有機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，相對(duì)其它發(fā)電方式而言，這種發(fā)電裝置顯得相當(dāng)
簡(jiǎn)便、可靠，這使得本發(fā)明提供的溫差發(fā)電模塊具備優(yōu)良的工作性能。 本發(fā)明的關(guān)鍵之處在于充分結(jié)合了級(jí)聯(lián)溫差發(fā)電及引入超強(qiáng)的液體金屬冷卻熱 管理方式，從而使得可方便地實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)式半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊的最佳工作溫度及冷熱端溫 差；本發(fā)明的發(fā)電裝置所需能源全部來(lái)自低品位熱能，因而是一種自維持、自適應(yīng)型高效發(fā) 電裝置。這種集成方式， 一改傳統(tǒng)溫差發(fā)電技術(shù)中熱源主要來(lái)自燃燒，而低溫端很難被冷卻 到工作溫度的不利，從而可使低品位熱能發(fā)電成為比較現(xiàn)實(shí)的技術(shù)。


附圖1為本發(fā)明的液態(tài)金屬冷卻的級(jí)聯(lián)式半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖2為圖1的橫截面示意圖； 附圖3為導(dǎo)熱平片或肋片式散熱器內(nèi)流道的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明專(zhuān)利 附圖1為本發(fā)明的液態(tài)金屬冷卻的級(jí)聯(lián)式半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；附 圖2為圖1的橫截面示意圖；附圖3為導(dǎo)熱平片或肋片式散熱器內(nèi)流道的結(jié)構(gòu)示意圖；由圖 可知，本發(fā)明的液態(tài)金屬冷卻的級(jí)聯(lián)式半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置，其由級(jí)聯(lián)式半導(dǎo)體溫差發(fā)電 模塊66和液體金屬散熱器組成； 所述級(jí)聯(lián)式半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊66為由1到100級(jí)半導(dǎo)體溫差發(fā)電片串聯(lián)或并 聯(lián)組成的半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊；
所述液體金屬散熱裝置包括 —個(gè)直接與所述級(jí)聯(lián)式半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊66低溫端表面相接觸的導(dǎo)熱平片1 ;
—個(gè)電磁泵和一個(gè)肋片式散熱器； 所述導(dǎo)熱平片1內(nèi)設(shè)有第一中空流道，該第一中空流道兩端端口分別安裝第一連 接管道3; 所述電磁泵包括 —泵體13 ;所述泵體13內(nèi)部設(shè)有一對(duì)第二中空流道；每一所述第二中空流道的兩 端分別為中空流道入口和中空流道出口 ；每一所述第二中空流道的一相對(duì)的壁面上分別嵌 裝有片狀電極片11 ;所述一對(duì)第二中空流道內(nèi)的片狀電極11的正負(fù)極方向相反；
分別嵌裝于所述泵體13上表面和表面上的片狀磁體10 ;所述片狀磁體10覆蓋所 述一對(duì)第二中空流道；
所述片狀磁體10大平面與所述片狀電極11大平面相互垂直； 所述片狀電極片11的電極引線(xiàn)9由設(shè)于所述第二中空流道壁面上的小孔引出，并
與外置的電池6相連； 所述肋片式散熱器包括 —個(gè)散熱基片2和安裝于所述散熱基片2上下表面上的散熱肋片5 ; 所述散熱基片2內(nèi)部設(shè)有第三中空流道，所述第三中空流道的兩端端口分別安裝
第二連接管道33 ; 所述導(dǎo)熱平片1的第一空心流道通過(guò)第一連通管道3與所述電磁泵的泵體13內(nèi)的第二空心流道入口相連通；所述電磁泵的泵體13內(nèi)的第二空心流道出口通過(guò)第二連通管道33與所述肋片式散熱器的散熱基片2內(nèi)的第三空心流道相連通；所述相連通的第一空心流道、第二空心流道和第三空心流道內(nèi)裝有循環(huán)流動(dòng)的液體金屬8。 所述肋片式散熱器的肋片上方、下方或上下方設(shè)置有風(fēng)扇7，所述風(fēng)扇7為1-10
枚；所述風(fēng)扇7與電池6電連接。 所述電池6為半導(dǎo)體溫差電池或光電池。 所述電池6數(shù)目為1到IO個(gè)，其中一部分電池輸出端與所述風(fēng)扇的輸入端相連。
所述的片狀電極11為銅、石墨或不銹鋼材質(zhì)的電極片，所述片狀磁體10為0. 01 3特斯拉磁強(qiáng)的永磁體片。所述電池6厚度為10nm-10cm，長(zhǎng)度及寬度均為lcm-lm之間。
所述的液體金屬為鎵、鈉、鉀、水銀、鎵銦錫合金或鈉鉀合金。 所述肋片式散熱器的散熱基片2為不銹鋼、金剛石、銅、塑料、有機(jī)玻璃或聚合物材質(zhì)的基片。 所述第一空心流道、第二空心流道和第三空心流道的縱截面形狀均為矩形、正方形、三角形或多邊形，其長(zhǎng)度為i毫米-ioo厘米。 本發(fā)明為一種結(jié)合了低品位半導(dǎo)體熱能發(fā)電及引入液體金屬冷卻的利用液態(tài)金屬冷卻的級(jí)聯(lián)式半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置，所用的級(jí)聯(lián)式半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊66可從市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)基本元件和材料后，按既定程序加工組裝(屬于已有技術(shù))，該級(jí)聯(lián)式半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊的發(fā)電膜層中，可由1到100級(jí)半導(dǎo)體溫差發(fā)電片串聯(lián)或并聯(lián)組成的半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊； 導(dǎo)熱平片1與級(jí)聯(lián)式半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊66低溫端表面直接相接觸，導(dǎo)熱平片1的第一中空流道內(nèi)的液體金屬8將級(jí)聯(lián)式半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊66低溫端表面產(chǎn)生的熱量帶到肋片式散熱器，之后再?gòu)钠浔砻娴睦咂?上通過(guò)自然對(duì)流和輻射換熱方式散走；
肋片式散熱器的特點(diǎn)在于，用促使液體金屬8流動(dòng)的電磁泵作驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，電磁泵電能來(lái)自電池6 ;肋片式散熱器表面的肋片5形式可多樣化，肋片上端可設(shè)置風(fēng)扇7以強(qiáng)化空氣對(duì)流；肋片式散熱器的散熱基片2由高導(dǎo)熱金屬如鋁、銅、金或銀等材料做成，所述第一連接管道3和第二連接管道33可由上述金屬或塑料等做成；液體金屬被封裝在第一空心流道、第二空心流道和第三空心流道內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定而可靠的循環(huán)流動(dòng)；
制作電磁泵時(shí)，可在電磁泵泵體13內(nèi)預(yù)先制作出一對(duì)第二中空流道(其橫截面形狀為矩形、正方形、三角形或圓形；為圓形時(shí)，其外徑可在10納米到10厘米，長(zhǎng)度可在1毫米到100厘米，并在第二中空流道相對(duì)的兩壁上固定一對(duì)片狀電極ll，之后在第二中空流道兩側(cè)的壁面上鉆出半徑在0.01mm lmm的小孔，將一對(duì)片狀電極ll的引線(xiàn)12沿此兩孔分別穿入第二中空流道，之后密封該兩側(cè)小孔；再?gòu)氖袌?chǎng)上購(gòu)置一對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度在0. 01 2特斯拉范圍的片狀磁體IO，其厚度約0. 1 5mm，半徑在0. 1 5cm之間，將其沿垂直于片狀電極11大平面的方向布置在泵體13的上下表面(見(jiàn)圖2);于是，當(dāng)片狀電極11接通光電池6時(shí)，其與片狀磁體10的聯(lián)合作用就會(huì)推動(dòng)第二中空流道內(nèi)的液體金屬流動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)熱量輸運(yùn)的功能； 如圖2所示，一對(duì)第二中空流道內(nèi)的片狀電極11的正負(fù)極布置方向應(yīng)相反，以便在通電時(shí)電磁驅(qū)動(dòng)的力量是加和關(guān)系，而不是相互抵消；這樣的設(shè)置相當(dāng)于在整個(gè)流道上的多對(duì)片狀電極11相當(dāng)于增加了多個(gè)分布式驅(qū)動(dòng)泵，因而液體金屬流體驅(qū)動(dòng)力更強(qiáng)。本發(fā)明中的中空流道可通過(guò)機(jī)加工或其他成熟技術(shù)制作，之后與連通管道連接，但在一端留有開(kāi)口，以便將熔化后的低熔點(diǎn)金屬或其合金(呈液體狀態(tài))沿此開(kāi)口注入管道和循環(huán)通路中，待整個(gè)流道內(nèi)充好液體金屬后，將上述開(kāi)口予以封裝，即形成內(nèi)部循環(huán)通道為密閉的高效散熱機(jī)構(gòu)，將其貼附于待散熱的熱離子發(fā)電模塊低溫端，即可實(shí)現(xiàn)熱量的高效傳輸。根據(jù)需要，連通管道可由金屬或塑料等制成，其長(zhǎng)短可根據(jù)需要加以調(diào)整，整個(gè)散熱結(jié)構(gòu)的尺寸可根據(jù)需要制作。所述的肋片散熱器中采用的流動(dòng)工質(zhì)即液體金屬除采用最常見(jiàn)的鎵外，也可采用其合金如比例在銦化鎵、鈉鉀，甚至是水銀等。 本發(fā)明的電磁泵，其能量來(lái)源于電池6，當(dāng)電磁泵工作時(shí)，可在中空流道內(nèi)造成一定驅(qū)動(dòng)力，于是，在其作用下，循環(huán)通道內(nèi)的液體金屬即由導(dǎo)熱平片l流動(dòng)到肋片式散熱器，并在那里將熱量排放出去；液體金屬放出熱量后，再通過(guò)電磁泵的驅(qū)動(dòng)回流到導(dǎo)熱平片l，繼續(xù)完成新的熱量輸運(yùn)。 本發(fā)明中對(duì)于毫、微米級(jí)的微孔和中空流道可通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)加工出；目前的技術(shù)已使得加工由多個(gè)水力學(xué)直徑在10nm到10 ii m3之間的微管道成為可能。這些中空流道可制作在硅、金屬或其它合適材料的薄片上。這些技術(shù)保證了本發(fā)明的實(shí)施。比如，制作肋片式散熱器的第三中空流道時(shí)，若所要求的中空流道尺寸較小(如在數(shù)十微米量級(jí))，則需采用一些微/納米加工技術(shù)如LIGA技術(shù)、激光打孔等在肋片式散熱器的散熱基片(可為金屬如鋁或半導(dǎo)體硅等)上按一定管道方式加工出。若中空流道較大(如毫米到厘米量級(jí))，則采用常規(guī)方法如機(jī)加工或電加工即可作出。整個(gè)制造工藝并不復(fù)雜。 為達(dá)到較好的散熱效果，一般用作本發(fā)明的液體金屬或其合金應(yīng)滿(mǎn)足如下要求無(wú)毒，對(duì)所接觸材料不起腐蝕及化學(xué)作用，在高溫下不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；便于獲??；具有一定的熱穩(wěn)定性；比熱、熱導(dǎo)率和熱擴(kuò)散率要高，因而在傳遞一定的熱量時(shí)，可使流量小，傳熱迅速。工質(zhì)應(yīng)與結(jié)構(gòu)材料相容，所選工質(zhì)應(yīng)不能造成對(duì)散熱器系統(tǒng)部件產(chǎn)生腐蝕和銹化等影響使用壽命的不利因素，此外，工質(zhì)還應(yīng)具有較大的熔化潛熱和較小的粘性系數(shù)。
本發(fā)明具有很多優(yōu)點(diǎn)，首先，首次結(jié)合了半導(dǎo)體級(jí)聯(lián)溫差發(fā)電及引入超強(qiáng)的液體金屬冷卻，從而將半導(dǎo)體溫差發(fā)電器高溫端提升到了其最佳工作高溫，且充分低利用了外界熱源的熱流，并在高、低溫兩端保持了合適的溫差，由此實(shí)現(xiàn)了高效率的電能輸出；本發(fā)明一改傳統(tǒng)溫差發(fā)電技術(shù)中熱能利用率低，而低溫端很難被冷卻到合適工作溫度的不利，且所提供的發(fā)電部件所有能源全部來(lái)自低品位熱能，因而整套結(jié)構(gòu)是一種自維持、自適應(yīng)型高效發(fā)電裝置。這種集成方式，使得半導(dǎo)體溫差發(fā)電成為比較現(xiàn)實(shí)的技術(shù)。整個(gè)散熱器內(nèi)液體金屬的循環(huán)過(guò)程是封閉的，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響，因而具有明顯的環(huán)保性；具有在節(jié)能、發(fā)展清潔能源乃至建立分布式發(fā)電等方面有重要意義。 本發(fā)明提供的液態(tài)金屬冷卻的級(jí)聯(lián)式半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置，運(yùn)行中除液體金屬及風(fēng)扇外，無(wú)任何其他運(yùn)動(dòng)部件，因而較之現(xiàn)有的風(fēng)能發(fā)電、太陽(yáng)熱蒸汽能發(fā)電，整套裝置的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，可靠性更高，維護(hù)方便，且噪音較低。 本發(fā)明可方便地實(shí)現(xiàn)高效的低品位熱能發(fā)電。以實(shí)施例1為例，使用本發(fā)明的
本發(fā)明的液態(tài)金屬冷卻的級(jí)聯(lián)式半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置，只需將發(fā)電模塊置于熱源如工廠(chǎng)余熱排除口 、汽車(chē)尾噴管等溫度較高的地方，即可實(shí)現(xiàn)電力輸出，從而滿(mǎn)足各方面的電力需求。當(dāng)然，在無(wú)自然熱源的情況下，也可通過(guò)在半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊中心設(shè)置燃料如各種常規(guī)燃料(石油、天然氣、生物質(zhì)等)提供熱源，即可連續(xù)地提供電能輸出。 一般有陽(yáng)光的情況下，根據(jù)用戶(hù)使用當(dāng)?shù)氐奶?yáng)能特點(diǎn)，調(diào)整好太陽(yáng)能光電池及陽(yáng)光聚焦器的相對(duì)位置；于是，隨著太陽(yáng)能的作用，半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊的熱端溫度開(kāi)始上升，同時(shí)冷端溫度也隨之升高；與此同時(shí)，溫差電池或光電池6開(kāi)始輸出電能，當(dāng)其輸出足夠大的電流，該電流輸送到電磁泵的片狀電極11上，即可驅(qū)動(dòng)流道內(nèi)的液體金屬8流動(dòng)，由此，基于液體金屬8的流動(dòng)，即可將半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊冷端產(chǎn)生的熱量由導(dǎo)熱平片1基底傳輸?shù)嚼咂缴崞鞑⑴抛撸瑥亩辜?jí)聯(lián)式半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊66兩端維持在一個(gè)合適的工作溫度水平和溫差，于是整套裝置即可持續(xù)穩(wěn)定地輸出電能。 最后所應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。比如，這里提供的溫差發(fā)電模塊形狀不必一定采用平板結(jié)構(gòu)，也可采用圓柱結(jié)構(gòu)，此時(shí)冷卻可從圓柱外表面實(shí)施，也可從圓柱中心通過(guò)液體金屬的流動(dòng)實(shí)現(xiàn)，或按更多流道類(lèi)型實(shí)現(xiàn)冷卻；當(dāng)然，該發(fā)電模塊也不限于半導(dǎo)體溫差發(fā)電，其他類(lèi)似溫差發(fā)電器件如堿金屬溫差發(fā)電模塊甚至是不同溫差發(fā)電方式的組合，如半導(dǎo)體溫差發(fā)電與堿金屬熱電池、太陽(yáng)能光電池、熱離子發(fā)電模塊等的組合 可采用本發(fā)明實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
一種液態(tài)金屬冷卻的級(jí)聯(lián)式半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置，其由級(jí)聯(lián)式半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊66和液體金屬散熱器組成；所述級(jí)聯(lián)式半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊66為由1到100級(jí)半導(dǎo)體溫差發(fā)電片串聯(lián)或并聯(lián)組成的半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊；所述液體金屬散熱裝置包括一個(gè)直接與所述級(jí)聯(lián)式半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊66低溫端表面相接觸的導(dǎo)熱平片1；一個(gè)電磁泵和一個(gè)肋片式散熱器；所述導(dǎo)熱平片1內(nèi)設(shè)有第一中空流道，該第一中空流道兩端端口分別安裝第一連接管道3；所述電磁泵包括一泵體13；所述泵體13內(nèi)部設(shè)有一對(duì)第二中空流道；每一所述第二中空流道的兩端分別為中空流道入口和中空流道出口；每一所述第二中空流道的一相對(duì)的壁面上分別嵌裝有片狀電極片11；所述一對(duì)第二中空流道內(nèi)的片狀電極11的正負(fù)極方向相反；分別嵌裝于所述泵體13上表面和表面上的片狀磁體10；所述片狀磁體10覆蓋所述一對(duì)第二中空流道；所述片狀磁體10大平面與所述片狀電極11大平面相互垂直；所述片狀電極片11的電極引線(xiàn)9由設(shè)于所述第二中空流道壁面上的小孔引出，并與外置的電池6相連；所述肋片式散熱器包括一個(gè)散熱基片2和安裝于所述散熱基片2上下表面上的散熱肋片5；所述散熱基片2內(nèi)部設(shè)有第三中空流道，所述第三中空流道的兩端端口分別安裝第二連接管道33；所述導(dǎo)熱平片1的第一空心流道通過(guò)第一連通管道3與所述電磁泵的泵體13內(nèi)的第二空心流道入口相連通；所述電磁泵的泵體13內(nèi)的第二空心流道出口通過(guò)第二連通管道33與所述肋片式散熱器的散熱基片2內(nèi)的第三空心流道相連通；所述相連通的第一空心流道、第二空心流道和第三空心流道內(nèi)裝有循環(huán)流動(dòng)的液體金屬8。
2. 按權(quán)利要求1所述的利用液態(tài)金屬冷卻的級(jí)聯(lián)式半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置，其特征在 于，所述肋片式散熱器的肋片上方、下方或上下方設(shè)置有風(fēng)扇7，所述風(fēng)扇7為1-10枚；所 述風(fēng)扇7與電池6電連接。
3. 按權(quán)利要求1所述的利用液態(tài)金屬冷卻的級(jí)聯(lián)式半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置，其特征在 于，所述電池6為半導(dǎo)體溫差電池或光電池。
4. 按權(quán)利要求3所述的利用液態(tài)金屬冷卻的級(jí)聯(lián)式半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置，其特征在 于，所述電池6數(shù)目為l到IO個(gè)，其中一部分電池的輸出端與所述風(fēng)扇的輸入端相連。
5. 按權(quán)利要求1所述的利用液態(tài)金屬冷卻的級(jí)聯(lián)式半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置，其特征在 于，所述的片狀電極11為銅、石墨或不銹鋼材質(zhì)的電極片，所述片狀磁體10為0. 01 3特 斯拉磁強(qiáng)的永磁體片。
6. 按權(quán)利要求4所述的利用液態(tài)金屬冷卻的級(jí)聯(lián)式半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置，其特征在 于，所述電池6厚度為10nm-10cm，長(zhǎng)度及寬度均為lcm-lm之間。
7. 按權(quán)利要求1所述的利用液態(tài)金屬冷卻的級(jí)聯(lián)式半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置，其特征在于，所述的液體金屬為鎵、鈉、鉀、水銀、鎵銦錫合金或鈉鉀合金。
8. 按權(quán)利要求1所述的利用液態(tài)金屬冷卻的級(jí)聯(lián)式半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置，其特征在 于，所述肋片式散熱器的散熱基片2為不銹鋼、金剛石、銅、塑料、有機(jī)玻璃或聚合物材質(zhì)的基片。
9. 按權(quán)利要求1所述的利用液態(tài)金屬冷卻的級(jí)聯(lián)式半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置，其特征在 于，所述第一空心流道、第二空心流道和第三空心流道的縱截面形狀均為矩形、正方形、三 角形或多邊形，其長(zhǎng)度為1毫米-ioo厘米。
全文摘要
本發(fā)明的利用液態(tài)金屬冷卻的級(jí)聯(lián)式半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置，包括級(jí)聯(lián)式半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊、位于模塊一側(cè)的液體金屬散熱器；液體金屬散熱器包括直接與發(fā)電模塊低溫端接觸的導(dǎo)熱平片；安裝在一電磁泵基底內(nèi)槽道內(nèi)的電磁泵；電磁泵由平放在電磁泵基底上下表面上的一對(duì)永磁片和安裝在電磁泵基底內(nèi)的槽道相對(duì)的兩壁上的一對(duì)電極片組成，該對(duì)電極片平面與所述該對(duì)永磁片平面垂直；電極片引線(xiàn)與電池電連接，相連通的導(dǎo)熱平片內(nèi)的空心流道，電磁泵基底內(nèi)的槽道以及肋片式散熱器的散熱基底內(nèi)的空心流道內(nèi)裝有流動(dòng)的液體金屬；本發(fā)電裝置是一種無(wú)運(yùn)動(dòng)部件的自維持、自適應(yīng)型高效低品位熱發(fā)電裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，維護(hù)方便，且噪音較低；節(jié)能并環(huán)保。
文檔編號(hào)H02N11/00GK101764547SQ20091011961
公開(kāi)日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2009年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月25日
發(fā)明者劉靜, 鄧月光 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所