專利名稱：一種小型便攜式半導(dǎo)體熱電發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種小型便攜式半導(dǎo)體熱電發(fā)電機(jī)，屬半導(dǎo)體熱電發(fā)電技術(shù)領(lǐng) 域。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種照明器和隨身攜帶的電子產(chǎn)品越來越豐富，人們對(duì)其 依賴程度也越來越強(qiáng)，但在偏遠(yuǎn)的地區(qū)、野外活動(dòng)或在停電等沒有電源供應(yīng)的情況下，這些 照明器和電子產(chǎn)品的電源常常因?yàn)椴荒艿玫诫娔苎a(bǔ)充而無法使用，這就急需尋求一種替代 的電能。熱電發(fā)電機(jī)所需的熱能火源在偏遠(yuǎn)的地區(qū)、野外活動(dòng)和停電的情況下是最常見的， 而這些常見便攜式設(shè)備的充電電壓需求一般為0 15V。因此，開發(fā)一種以火源為熱源的半 導(dǎo)體小型熱電發(fā)電機(jī)，在沒有電源供應(yīng)的情況下提供0 15V電源用來照明和給便攜式電 子產(chǎn)品充電成為一種很有效的辦法。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是，為了克服現(xiàn)有的火源熱量不穩(wěn)定而影響熱電發(fā)電裝置正常 供電的不足，開發(fā)一種以火源為熱源的半導(dǎo)體小型熱電發(fā)電機(jī)，在沒有電源供應(yīng)的情況下， 能提供O 15V電源用來照明或給便攜式電子產(chǎn)品充電，以解決在偏遠(yuǎn)地區(qū)和野外活動(dòng)時(shí) 電子產(chǎn)品的充電問題。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是，本實(shí)用新型小型便攜式半導(dǎo)體熱電發(fā)電機(jī)由臺(tái)階式集 熱器6，熱電模塊4，熱電模塊冷熱面石墨紙3、鋁型材擠壓式散熱器2加小型風(fēng)扇1、卡扣5、 USB接口 8組成；熱電模塊冷熱兩面陶瓷板貼有石墨紙，貼有石墨紙的熱電模塊熱面緊貼于 臺(tái)階集熱器上端面的長(zhǎng)方形凸臺(tái)，貼有石墨紙的熱電模塊冷面緊貼于帶風(fēng)扇散熱器的下 端面，套在散熱器上的可拆卸卡扣扣在集熱器圓盤上的卡扣底座上，將散熱器、熱電模塊和 集熱器牢牢扣緊，集熱器下端面放置在火源的正上方，熱電模塊的電源引出線接風(fēng)扇和經(jīng) 開關(guān)接USB接口。當(dāng)熱電發(fā)電機(jī)置于火源正上方后，底部圓盤的集熱器擋住火苗與熱電模塊及散熱 器接觸的同時(shí)吸收了火源的熱量，將熱量傳導(dǎo)到集熱器中部凸起的長(zhǎng)方體上來將熱量傳導(dǎo) 至熱電模塊的熱端，熱電模塊的冷面與帶卡扣和風(fēng)扇的散熱器接觸緊密，散熱器迅速將該 面的溫度傳輸出去，這樣，熱電模塊的二個(gè)面很快形成了溫差，當(dāng)溫差達(dá)到一定時(shí)，熱電模 塊即產(chǎn)生電流，帶動(dòng)散熱器上的風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)保證冷熱面溫差恒定，產(chǎn)生電流，給便攜式設(shè)備供 H1^ ο本實(shí)用新型的集熱器的形狀設(shè)計(jì)成臺(tái)階狀，下端為圓盤狀和圓盤上端中部凸起的 薄長(zhǎng)方體凸臺(tái)，如圖4、圖5所示。集熱器底座上的長(zhǎng)方體凸臺(tái)10用于放置熱電模塊，臺(tái)階 集熱器圓盤底座11與火源接觸。通過控制圓盤的面積能夠穩(wěn)定的吸收火源的熱量，阻擋 火源與熱電電模塊和散熱器直接接觸引起的熱電模塊破壞和螺絲固定引起的熱短路，上端 凸起的長(zhǎng)方體狀保持能穩(wěn)定的吸收底部圓盤的熱量，保持溫差電模塊的熱端溫度的穩(wěn)定在250 300°C左右，達(dá)到了為溫差模塊提供穩(wěn)定熱量的目的。本實(shí)用新型的熱電模塊為一片或兩片自制的熱電組件，熱電模塊由二塊夾有多 個(gè)熱電元件的陶瓷板組成，熱電模塊外表的電瓷板分別為冷面和熱面，冷熱面分別貼高導(dǎo) 熱石墨紙，冷面石墨紙與散熱器緊貼，熱面石墨紙與臺(tái)階狀集熱器緊貼，冷面和熱面平行， 散熱器、集熱器與溫差電模塊的相關(guān)冷熱接觸面彼此平行；其溫差電模塊為耐高溫穩(wěn)定 Bi2Te3基商用熱電模塊，熱面耐溫達(dá)380°C，冷面耐溫達(dá)200°C。本實(shí)用新型的散熱器為鋁型材擠壓式散熱器加小型風(fēng)扇，如圖6所示，所述的鋁 制散熱器可選用常用的小型散熱器，固定在散熱器上的小風(fēng)扇選用大小70X70mm左右，額 定電壓4 15V，額定電流0. 10 0. 20A的小風(fēng)扇。當(dāng)便攜式半導(dǎo)體熱電發(fā)電機(jī)工作時(shí)，所 述發(fā)電機(jī)置于火源上方，在帶小風(fēng)扇和卡扣的散熱器的散熱作用下，緊貼散熱器的熱電模 塊的這個(gè)面的溫度能穩(wěn)定在60 100°C左右。熱電模塊的熱量通過熱電模塊本身擴(kuò)散的熱 量很小，而采用熱電模塊溫差發(fā)的電帶動(dòng)散熱器上的風(fēng)扇后，加快空氣流動(dòng)，將半導(dǎo)體熱電 發(fā)電模塊冷面的熱量散發(fā)出去，才能使冷面的溫度穩(wěn)定60 100°C左右，從而在熱電發(fā)電 模塊的兩端面產(chǎn)生穩(wěn)定的溫度差來發(fā)電。本實(shí)用新型的臺(tái)階式集熱器、熱電模塊及散熱器之間的固定通過散熱器上的卡扣 與臺(tái)階式集熱器圓盤上方的卡扣底座扣在一起來固定。散熱器上的卡扣為不銹鋼材質(zhì)，采 用卡扣避免了由螺絲固定引起的熱短路，同時(shí)更換熱電模塊和拆卸方便，易于調(diào)節(jié)熱電發(fā) 電機(jī)的電壓、功率同時(shí)攜帶方便。由于熱電模塊耐高溫、冷熱面溫差達(dá)200°C、轉(zhuǎn)換效率高，熱電模塊冷熱面貼石墨 紙，散熱器上的卡扣與集熱器之間可以將熱電模塊很好的固定的兩者之間，體積小、拆卸方 便。同時(shí)可以很方便的根據(jù)輸出設(shè)備對(duì)電壓的要求，直接更換熱電模塊的片數(shù)和型號(hào)來實(shí) 現(xiàn)輸出電壓在0 15V之間調(diào)節(jié)、功率在0 20W之間調(diào)節(jié)。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和有益效果在于該小型便攜式半導(dǎo)體熱電發(fā)電機(jī)可廣泛應(yīng)用 于無電源供應(yīng)的情況下，只要火源，就能穩(wěn)定的給便攜式設(shè)備充電。該發(fā)電裝置提供的電壓 穩(wěn)定、功率及能量比高、無運(yùn)動(dòng)部件無須維護(hù)、壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、拆卸方便、體積小便于攜 帶、經(jīng)濟(jì)適用、使用方便。本實(shí)用新型適用于無電時(shí)利用火源發(fā)電獲得電力或照明。


圖1為本實(shí)用新型小型便攜式半導(dǎo)體熱電發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本實(shí)用新型小型便攜式半導(dǎo)體熱電發(fā)電機(jī)側(cè)視示意圖； 圖3為本實(shí)用新型小型便攜式半導(dǎo)體熱電發(fā)電機(jī)工作框圖； 圖4為本實(shí)用新型小型便攜式半導(dǎo)體熱電發(fā)電機(jī)集熱器俯視圖； 圖5為本實(shí)用新型小型便攜式半導(dǎo)體熱電發(fā)電機(jī)集熱器左視圖； 圖6為本實(shí)用新型小型便攜式半導(dǎo)體熱電發(fā)電機(jī)散熱器俯視圖； 圖7為本實(shí)用新型小型便攜式半導(dǎo)體熱電發(fā)電機(jī)散熱器主視圖； 圖8為本實(shí)用新型小型便攜式半導(dǎo)體熱電發(fā)電機(jī)散熱器上卡扣主視圖； 圖9為本實(shí)用新型小型便攜式半導(dǎo)體熱電發(fā)電機(jī)散熱器上卡扣左視圖； 圖10為本實(shí)用新型小型便攜式半導(dǎo)體熱電發(fā)電機(jī)散熱器上卡扣俯視4[0023]圖中1風(fēng)扇；2鋁型材擠壓式散熱器；3石墨紙；4熱電模塊；5卡扣；6臺(tái)階式集熱 器；7火焰熱源；8USB接口 ；9卡扣底座；10集熱器底座上凸起長(zhǎng)方體；11臺(tái)階集熱器圓盤 底座。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型實(shí)施例一種小型便攜式半導(dǎo)體熱電發(fā)電機(jī)如圖1所示。該裝置由臺(tái)階式集熱器6，熱電模塊4，熱電模塊冷熱面貼的石墨紙3，鋁型材擠壓 式散熱器2加小型風(fēng)扇1、卡扣5、USB接口 8等組成。本實(shí)施例的集熱器的形狀設(shè)計(jì)成臺(tái)階狀，臺(tái)階狀集熱器的形狀為底座為圓盤和底 座中心凸起的長(zhǎng)方體，如圖4和圖5所示。通過控制圓盤底座的面積擋住火源與熱電模塊 和散熱器直接接觸導(dǎo)致的熱短路和對(duì)熱電模塊損壞的同時(shí)將火源的熱量集中傳到凸起的 長(zhǎng)方體中，保證了熱電模塊熱面溫度的穩(wěn)定，臺(tái)階狀集熱器采用由導(dǎo)熱系數(shù)高的鋁合型材 制成。本實(shí)施例的散熱器為固定了大小為70X70mm左右額定電壓4 15V，額定電流 0. 1 0. 2A的小風(fēng)扇和套上卡扣的臺(tái)式電腦CPU上的散熱器，如圖6所示。小風(fēng)扇所需 電源通過熱電模塊產(chǎn)生的電來帶動(dòng)，無需額外電源，保證了熱電模塊冷面溫度穩(wěn)定在60 100°C左右；選用臺(tái)式電腦CPU上的散熱器體積小、無需開模、價(jià)格便宜；散熱器上自帶的卡 扣與集熱器上的卡扣底座將熱電模塊固定在散熱器上和集熱器之間，避免了更換熱電模塊 和拆卸方便，易于調(diào)節(jié)電壓功率和攜帶。本實(shí)施例采用的熱電電模塊設(shè)計(jì)為一片或兩片型號(hào)為TEHP1-12635-1. 2的熱電 電組件組成,每片組件大小為35_X35_X4. 2_，由126對(duì)大小為1. 3_X 1. 3_X 2mm的 粒子制成，其所用原料相當(dāng)與單片常用半導(dǎo)體制冷片TEC1-12703，達(dá)到了降低器件成本的 目的；熱電模塊冷熱面分別貼高導(dǎo)熱石墨紙來實(shí)現(xiàn)與散熱器和集熱器之間的無縫連接，保 證了熱電模塊與集熱器和散熱器之間良好的導(dǎo)熱和保護(hù)熱電模塊在拆卸的過程中不會(huì)被 損壞。同時(shí)該器件為耐高溫穩(wěn)定Bi2Te3基商用熱電模塊，熱面耐溫達(dá)380°C、冷面耐溫達(dá) 2000C ；才能在火源(瓦斯?fàn)t、木材燃燒等)為熱源下集熱器溫度為250 300°C的條件下 穩(wěn)定工作，冷端60 100°C條件下，單片能提供7V電壓和5W的功率，產(chǎn)生的電能足夠通過 USB接口給小型便攜式電器如手機(jī)、Mp4、Iphone等充電和照明；兩片能提供14V電壓和IOW 的功率，則能給大型便攜式電器如筆記本電腦等充電和照明，器件所用原料少，功率比及能 量比大。
權(quán)利要求一種小型便攜式半導(dǎo)體熱電發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述發(fā)電機(jī)由臺(tái)階式集熱器，熱電模塊，熱電模塊冷熱面石墨紙、鋁型材擠壓式散熱器、小型風(fēng)扇、卡扣、USB接口組成；熱電模塊冷熱兩面陶瓷板貼有石墨紙，貼有石墨紙的熱電模塊熱面緊貼于臺(tái)階集熱器上端面的長(zhǎng)方體凸臺(tái)，貼有石墨紙的熱電模塊冷面緊貼于帶風(fēng)扇散熱器的下端面，套在散熱器上的可拆卸卡扣扣在集熱器圓盤上的卡扣底座上，將散熱器、熱電模塊和集熱器牢牢扣緊，集熱器下端面放置在火源的正上方，熱電模塊的電源引出線接風(fēng)扇和經(jīng)開關(guān)接USB接口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型便攜式半導(dǎo)體熱電發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述的熱 電模塊的冷面和熱面平行，散熱器、集熱器與溫差電模塊的相關(guān)冷熱接觸面彼此平行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型便攜式半導(dǎo)體熱電發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述的熱 電模塊為Bi2Te3基商用熱電模塊，熱面耐溫達(dá)380°C、冷面耐溫達(dá)200°C。
專利摘要一種小型便攜式半導(dǎo)體熱電發(fā)電機(jī)，所述熱電發(fā)電機(jī)由臺(tái)階式集熱器(6)，熱電模塊(4)，熱電模塊冷熱面石墨紙(3)、鋁型材擠壓式散熱器(2)、小型風(fēng)扇(1)、卡扣(5)、USB接口(8)組成；熱電模塊冷熱兩面陶瓷板貼有石墨紙，貼有石墨紙的熱電模塊熱面緊貼于臺(tái)階集熱器上端面的凸臺(tái)，貼有石墨紙的熱電模塊冷面緊貼于帶風(fēng)扇散熱器的下端面，套在散熱器上的卡扣扣在集熱器圓盤上的卡扣底座上，將散熱器、熱電模塊和集熱器牢牢扣緊。當(dāng)熱電發(fā)電機(jī)置于火源(7)正上方后，集熱器將熱量傳遞給熱電模塊，熱電模塊的二個(gè)面很快形成溫差，即產(chǎn)生電流，可給便攜式電子設(shè)備供電。本實(shí)用新型適用于無電時(shí)利用火源發(fā)電給便攜式設(shè)備充電和照明。
文檔編號(hào)H01L35/30GK201708191SQ20102025241
公開日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2010年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月8日
發(fā)明者鄭俊輝 申請(qǐng)人:江西納米克熱電電子股份有限公司