本發(fā)明涉及一種發(fā)電裝置，尤其涉及一種熱電壓電復(fù)合裝置。

背景技術(shù)：

熱電裝置是基于利用半導(dǎo)體的seebeck效應(yīng)將熱能直接轉(zhuǎn)換為電能，具備無運動部件、體積小、重量輕、無噪音、無污染的優(yōu)點，同時低品位的熱能(＜350℃)難于回收成為提高能源利用率的難點之一。因此，熱電發(fā)電作為一種能源領(lǐng)域的高新技術(shù)成為國際上競相研究的熱點之一，并將對人類世紀(jì)經(jīng)濟生活和社會發(fā)展產(chǎn)生重大的影響。

熱電發(fā)電器件雖無運動部件，當(dāng)其應(yīng)用到低品位廢熱發(fā)電上，如：汽車尾氣、發(fā)動機、垃圾燃燒、工廠廢熱、家用木炭爐、熱水器等，廢熱的溫度變化大且快。熱電模塊必須經(jīng)受熱端從室溫-40℃～100℃到使用溫度-40℃～400℃，冷端在-40℃～200℃的熱沖擊。如熱水器中，當(dāng)加熱時，會使保溫室內(nèi)壓力變大，且溫度升高，使熱電器件存在熱脹冷縮現(xiàn)象，而熱電裝置在熱沖擊下而引起的熱應(yīng)力難于釋放，造成焊點松動直至脫落，進而影響器件的壽命。如何釋放熱電發(fā)電器件在低品位熱源回收中熱沖擊的熱應(yīng)力以及提高能源利用率，是保證其性能穩(wěn)定壽命長的唯一途徑。無論是在技術(shù)理論和實驗證明上都是擴展熱電發(fā)電的使用領(lǐng)域和提高能源利用率的有效方法。

且已知熱電變換元件利用通過對離開間隔的部位賦予溫度差、使高溫部與低溫部之間產(chǎn)生電位差的塞貝克效應(yīng)，溫度差越大則發(fā)電量也越大。這樣的熱電變換元件以將多個接合的熱電變換元件模組的形態(tài)使用。在這種發(fā)電裝置中，如上述那樣，已知對熱電變換模組賦予的溫度差越大則發(fā)電量越大、發(fā)電性能越提高。作為將熱電變換模組的溫度差取較大的對策之一，使夾著熱電變換模組配設(shè)的加熱側(cè)及冷卻側(cè)的板部件相對于熱電變換模組以均勻的狀態(tài)緊貼、提高經(jīng)由這些板部件的熱傳導(dǎo)度是有效的。例如在特開2009-088408號公報中記載那樣，能夠使用系桿或螺母這樣的連結(jié)用的部件使各板部件以加壓狀態(tài)緊貼在熱電變換模組上。但是，如果使用這樣的部件，則難以以均勻的壓力將板部件向熱電變換模組加壓，此外，裝置的結(jié)構(gòu)變復(fù)雜或成本提高。此外，有在設(shè)計或構(gòu)思的自由度上發(fā)生限制的情況，進而，還有在使想要盡可能實現(xiàn)輕量化的裝置裝備的情況下變得不利的問題。

另外，只是存在使用熱電裝置收集能量，其能量回收率不高，機械能量浪費較多，而壓電裝置也是一種新型的回收能量的一種途徑，可有效回收機械能量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種熱電壓電復(fù)合裝置，可以提高熱電裝置的穩(wěn)定性，以及可提高能量的利用率，形成一種新型高效的能量轉(zhuǎn)換集成裝置。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種熱電壓電復(fù)合裝置，其包括熱電裝置和壓電裝置，其特征在于：熱電裝置包括上熱電裝置和下熱電裝置，壓電裝置設(shè)置在上熱電裝置與下熱電裝置之間，在壓電裝置與熱電裝置之間還設(shè)有緩沖裝置。

作為優(yōu)選，所述緩沖裝置為彈簧或彈性板或彈性框，進一步地，緩沖裝置兩側(cè)設(shè)置固定部件，用于支撐固定緩沖裝置。

作為優(yōu)選，所述緩沖裝置內(nèi)設(shè)置冷卻部件，進一步地，所述冷卻部件為冷卻管或冷卻板。

作為優(yōu)選，所述緩沖裝置內(nèi)設(shè)置導(dǎo)熱部件。

具體地，所述導(dǎo)熱部件為t型結(jié)構(gòu)，包括導(dǎo)熱板面和柱型結(jié)構(gòu)，所述柱型結(jié)構(gòu)與緩沖裝置連接，所述導(dǎo)熱板面設(shè)置于緩沖裝置內(nèi)部與熱電裝置接觸一側(cè)，或?qū)岚迕嬖O(shè)置于緩沖裝置外部并置于緩沖裝置和熱電裝置之間。

進一步，所述上熱電裝置與下熱電裝置均相對固定在內(nèi)置板上。

進一步，所述熱電裝置兩側(cè)設(shè)置限位緩沖部件，或?qū)岵考蓚?cè)設(shè)置限位緩沖部件。

具體地，所述限位緩沖部件為v型鋼板，所述限位緩沖部件在上下左右具有緩沖作用，所述限位緩沖部件一方面可以起到限制導(dǎo)熱部件和熱電裝置，或起到限制熱電裝置的作用，同時能夠起到上下左右緩沖作用，用于熱電裝置膨脹而導(dǎo)致的擠壓變形。

進一步，在熱電裝置與壓電裝置之間還可設(shè)置絕緣部件。

進一步，所述熱電裝置可包括高溫部模塊和低溫部模塊。

進一步，所述熱電裝置可包括多個熱電單元。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本低，熱電裝置的冷卻側(cè)的板部件相對于熱電裝置的緊貼性提高；另外，通過設(shè)置緩沖裝置，可以緩沖對熱電裝置的熱沖擊，提高的熱電裝置的使用壽命；在上下兩個熱電裝置之間設(shè)置壓電裝置，可轉(zhuǎn)換機械能，提高能量回收率；此外，將冷卻部件設(shè)置在緩沖件中，一方面可以提高空間利用率，另一方面也可減少熱對壓電裝置影響。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的熱電壓電復(fù)合裝置的剖視圖。

圖2是本發(fā)明的熱電壓電復(fù)合裝置的分解圖一。

圖3是本發(fā)明的熱電壓電復(fù)合裝置的分解圖二。

圖4是本發(fā)明實施例2緩沖裝置中設(shè)置冷卻部件的示意圖。

圖5是本發(fā)明實施例1的緩沖裝置中設(shè)置冷卻部件的示意圖。

圖6是本發(fā)明的熱電壓電復(fù)合裝置發(fā)電電路示意圖。

其中：1-上流通管；2-上流通管內(nèi)壁；3-上熱電裝置；4-上緩沖裝置；5-壓電裝置；6-上限位緩沖部件；7-上剛性部件；8-固定部件；9-下緩沖裝置；10-下剛性部件；11-下熱電裝置；12-下流通管內(nèi)壁；13-下流通管；14-下限位緩沖部件；15-冷卻部件；16-孔狀結(jié)構(gòu)；17-導(dǎo)熱部件；18-柱型結(jié)構(gòu)。

具體實施方法

如圖1-3、圖5-6所示，熱電壓電復(fù)合裝置包括熱電裝置和壓電裝置5，熱電裝置包括上熱電裝置3和下熱電裝置11，壓電裝置5設(shè)置在上熱電裝置3與下熱電裝置11之間，在壓電裝置5與熱電裝置之間還設(shè)有緩沖裝置。

以上為本發(fā)明的核心內(nèi)容，通過設(shè)置緩沖裝置，可以緩沖對熱電裝置的熱沖擊，提高的熱電裝置的使用壽命；在上下兩個熱電裝置之間設(shè)置壓電裝置，可將機械能轉(zhuǎn)換為電能，提高能量回收率。

具體地，熱電壓電復(fù)合裝置包括用于流通熱流的上流通管1和下流通管13，上流通管內(nèi)壁2和下流通管內(nèi)壁12的外側(cè)分別緊貼設(shè)置上熱電裝置3和下熱電裝置11，焊接于上流通管內(nèi)壁2外側(cè)的上剛性部件7，焊接于下流通管內(nèi)壁12外側(cè)的下剛性部件10，剛性部件用于支撐熱電裝置；在上熱電裝置3與壓電裝置5之間還設(shè)有上緩沖裝置4，在下熱電裝置11與壓電裝置5之間還設(shè)有下緩沖裝置9。

具體地，本實施例中，上緩沖裝置4和下緩沖裝置9為彈性框，所述彈性框為中空結(jié)構(gòu)；作為變形，上緩沖裝置4和下緩沖裝置9還可以為彈簧、彈性板或其他具有緩沖功能的部件。

此外，為了減少熱電裝置的熱量對壓電裝置的影響，上緩沖裝置4和下緩沖裝置9內(nèi)還設(shè)有冷卻部件15，冷卻部件15可以為熱電裝置的提供冷卻側(cè)；冷卻部件15可為套接在緩沖裝置內(nèi)的一個或多個彎曲管或直通管，本實施例中，如圖5所示，冷卻部件15為套接在緩沖裝置內(nèi)的一個彎曲管。

作為優(yōu)選，緩沖裝置內(nèi)設(shè)置導(dǎo)熱部件17，所述導(dǎo)熱部件17為t型結(jié)構(gòu)，包括導(dǎo)熱板面和柱型結(jié)構(gòu)18，本實施例中，所述緩沖裝置上設(shè)置多個孔結(jié)構(gòu)16，所述孔結(jié)構(gòu)16與柱型結(jié)構(gòu)18相匹配，導(dǎo)熱部件17通過柱型結(jié)構(gòu)18和孔結(jié)構(gòu)16固定于緩沖裝置內(nèi)，所述導(dǎo)熱板面設(shè)置于緩沖裝置外部并置于緩沖裝置4和熱電裝置之間。導(dǎo)熱部件17可以設(shè)置于上緩沖裝置4內(nèi)和/或下緩沖裝置9內(nèi)，本實施例中，上緩沖裝置4內(nèi)和下緩沖裝置9均設(shè)置導(dǎo)熱部件17。這樣以提高冷卻的面積，以便于為熱電裝置提供良好地冷卻側(cè)；此外，還可以增加導(dǎo)熱部件17與緩沖裝置之間的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。作為變形，所述導(dǎo)熱板面還可以設(shè)置于緩沖裝置內(nèi)部與熱電裝置接觸一側(cè)。

進一步地，在導(dǎo)熱板面兩側(cè)設(shè)有兩個相對的上限位緩沖部件6，下導(dǎo)熱板面兩側(cè)設(shè)有兩個相對的下限位緩沖部件14，如圖1和圖2所示，上限位緩沖部件6和下限位緩沖部件14為v型鋼板；上限位緩沖部件6和下限位緩沖部件14的另外一側(cè)設(shè)有固定部件8，本實施例中，固定部件8貫穿于壓電裝置5周圍，固定部件8具有固定上限位緩沖部件6和下限位緩沖部件14的作用，同時用于固定支撐壓電裝置5；限位緩沖部件在上下左右具有緩沖作用，一方面可以起到限制導(dǎo)熱部件和熱電裝置，同時能夠起到上下左右緩沖作用，用于熱電裝置膨脹而導(dǎo)致的擠壓變形。作為變形，上限位緩沖部件6和下限位緩沖部件14也可以分別設(shè)置于上熱電裝置3和下熱電裝置11兩側(cè)，用于限制熱電裝置，及熱電裝置膨脹或收縮而導(dǎo)致的變形。

本實施例中，固定部件8為一體結(jié)構(gòu)，如圖2所示，固定部件8為一體結(jié)構(gòu)，其可固定壓電裝置5；作為變形，固定部件8也可為可拆卸的結(jié)構(gòu)，如圖3，其一部分與剛性部件相連接，起到支撐作用。

此外，為了減少熱電裝置對壓電裝置的影響，還可在上緩沖裝置4和下緩沖裝置9上設(shè)置有絕緣部件。

熱電裝置可包括多個熱電單元串聯(lián)或并聯(lián)，且每一熱電單元可包括高溫部模塊和低溫部模塊，以提高熱電轉(zhuǎn)換率。壓電裝置5也包括壓電層，設(shè)置在壓電層兩側(cè)的上下電極。

其中工作原理為：當(dāng)流通熱流的上流通管1內(nèi)流過熱流時，上流通管1內(nèi)的溫度變高，上流通管內(nèi)壁2會將熱傳遞給緊靠上流通管內(nèi)壁2的上熱電裝置3上，使上熱電裝置3的加熱側(cè)加熱，而在上熱電裝置3的下側(cè)設(shè)有上緩沖裝置4內(nèi)的冷卻部件15以提供冷卻側(cè)，使熱電裝置產(chǎn)生溫差，進而會發(fā)電，將熱能轉(zhuǎn)換為電能，產(chǎn)生的電能會經(jīng)輸出電路的調(diào)理和控制后，輸出到電源存儲或控制電路，以備后期向負(fù)載供電。同理，下流通管13內(nèi)流過熱流時，下流通管13內(nèi)的溫度變高，下流通管內(nèi)壁12會將熱傳遞給靠近下流通管內(nèi)壁12的下熱電裝置11，使下熱電裝置11的加熱側(cè)加熱，而在下熱電裝置11的下側(cè)設(shè)有下緩沖裝置9內(nèi)的冷卻部件15以提供冷卻側(cè)，使熱電裝置產(chǎn)生溫差，進而會發(fā)電，將熱能轉(zhuǎn)換為電能，產(chǎn)生的電能會經(jīng)輸出電路的調(diào)理和控制后，輸出到電源存儲或控制電路，以備后期向負(fù)載供電。

當(dāng)上流通管1和下流通管13中的至少一個流通熱流時，流通管內(nèi)的溫度變高，管內(nèi)氣壓也會變大，導(dǎo)致流通管內(nèi)壁既產(chǎn)生熱脹冷縮，且又會產(chǎn)生向外的壓力，使流通管內(nèi)部向外側(cè)施加壓力，即會擠壓緊靠熱流管內(nèi)壁的上熱電裝置3或/和下熱電裝置11，而上熱電裝置3下設(shè)有上緩沖裝置4，繼而上熱電裝置3會擠壓上緩沖裝置4，上緩沖裝置4會將壓力傳遞給壓電裝置5上端；而下熱電裝置11上部設(shè)有下緩沖裝置9，繼而下熱電裝置11會擠壓下緩沖裝置9，下緩沖裝置9會將壓力傳遞給壓電裝置5下端，壓電裝置5受到壓力的作用會變形，進而會發(fā)電，將機械能轉(zhuǎn)換為電能，產(chǎn)生的電能會經(jīng)輸出電路的調(diào)理和控制后，輸出到電源存儲或控制電路，以備后期向負(fù)載供電，如圖6所示。

實施例2

如圖1、圖3所示，熱電壓電復(fù)合裝置包括熱電裝置和壓電裝置5，熱電裝置包括上熱電裝置3和下熱電裝置11，壓電裝置5設(shè)置在上熱電裝置3與下熱電裝置11之間，在壓電裝置5與熱電裝置之間還設(shè)有緩沖裝置。

以上為本發(fā)明的核心內(nèi)容，通過設(shè)置緩沖裝置，可以緩沖對熱電裝置的熱沖擊，提高的熱電裝置的使用壽命；在上下兩個熱電裝置之間設(shè)置壓電裝置，可將機械能轉(zhuǎn)換為電能，提高能量回收率。

具體地，熱電壓電復(fù)合裝置包括用于流通熱流的上流通管1和下流通管13，上流通管內(nèi)壁2和下流通管內(nèi)壁12的外側(cè)分別緊貼設(shè)置上熱電裝置3和下熱電裝置11，焊接于上流通管內(nèi)壁2外側(cè)的上剛性部件7，焊接于下流通管內(nèi)壁12外側(cè)的下剛性部件10，剛性部件用于支撐熱電裝置；在上熱電裝置3與壓電裝置5之間還設(shè)有上緩沖裝置4，在下熱電裝置11與壓電裝置5之間還設(shè)有下緩沖裝置9。

具體地，本實施例中，上緩沖裝置4和下緩沖裝置9為彈性框，所述彈性框為中空結(jié)構(gòu)；作為變形，上緩沖裝置4和下緩沖裝置9還可以為彈簧、彈性板或其他具有緩沖功能的部件。

此外，為了減少熱電裝置的熱量對壓電裝置的影響，上緩沖裝置4和下緩沖裝置9內(nèi)還設(shè)有冷卻部件15，冷卻部件15可以為熱電裝置的提供冷卻側(cè)；冷卻部件15可為套接在緩沖裝置內(nèi)的一個或多個彎曲管或直通管或冷卻板，本實施例中，如圖4所示，冷卻部件15為套接在緩沖裝置內(nèi)的一個彎曲管。

作為優(yōu)選，緩沖裝置內(nèi)設(shè)置導(dǎo)熱部件17，所述導(dǎo)熱部件17為t型結(jié)構(gòu)，包括導(dǎo)熱板面和柱型結(jié)構(gòu)18，本實施例中，所述緩沖裝置上設(shè)置多個孔結(jié)構(gòu)16，所述孔結(jié)構(gòu)16與柱型結(jié)構(gòu)18相匹配，導(dǎo)熱部件17通過柱型結(jié)構(gòu)18和孔結(jié)構(gòu)16固定于緩沖裝置內(nèi)，所述導(dǎo)熱板面設(shè)置于緩沖裝置外部并置于緩沖裝置4和熱電裝置之間。導(dǎo)熱部件17可以設(shè)置于上緩沖裝置4內(nèi)和/或下緩沖裝置9內(nèi)，本實施例中，上緩沖裝置4內(nèi)和下緩沖裝置9均設(shè)置導(dǎo)熱部件17。這樣以提高冷卻的面積，以便于為熱電裝置提供良好地冷卻側(cè)；此外，還可以增加導(dǎo)熱部件17與緩沖裝置之間的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。作為變形，所述導(dǎo)熱板面還可以設(shè)置于緩沖裝置內(nèi)部與熱電裝置接觸一側(cè)。

進一步地，在導(dǎo)熱板面兩側(cè)設(shè)有兩個相對的上限位緩沖部件6，下導(dǎo)熱板面兩側(cè)設(shè)有兩個相對的下限位緩沖部件14，如圖1和圖3所示，上限位緩沖部件6和下限位緩沖部件14為v型鋼板；上限位緩沖部件6和下限位緩沖部件14的另外一側(cè)設(shè)有固定部件8，本實施例中，固定部件8貫穿于壓電裝置5周圍，固定部件8具有固定上限位緩沖部件6和下限位緩沖部件14的作用，同時用于固定支撐壓電裝置5；限位緩沖部件在上下左右具有緩沖作用，一方面可以起到限制導(dǎo)熱部件和熱電裝置，同時能夠起到上下左右緩沖作用，用于熱電裝置膨脹而導(dǎo)致的擠壓變形。作為變形，上限位緩沖部件6和下限位緩沖部件14也可以分別設(shè)置于上熱電裝置3和下熱電裝置11兩側(cè)，用于限制熱電裝置，及熱電裝置膨脹或收縮而導(dǎo)致的變形。

本實施例中，固定部件8為為可拆卸的結(jié)構(gòu)，如圖3，其一部分與剛性部件相連接，起到支撐作用。

此外，為了減少熱電裝置對壓電裝置的影響，還可在上緩沖裝置4和下緩沖裝置9上設(shè)置有絕緣部件。

熱電裝置可包括多個熱電單元串聯(lián)或并聯(lián)，且每一熱電單元可包括高溫部模塊和低溫部模塊，以提高熱電轉(zhuǎn)換率。壓電裝置5也包括壓電層，設(shè)置在壓電層兩側(cè)的上下電極。

其中工作原理為：當(dāng)流通熱流的上流通管1內(nèi)流過熱流時，上流通管1內(nèi)的溫度變高，上流通管內(nèi)壁2會將熱傳遞給緊靠上流通管內(nèi)壁2的上熱電裝置3上，使上熱電裝置3的加熱側(cè)加熱，而在上熱電裝置3的下側(cè)設(shè)有上緩沖裝置4內(nèi)的冷卻部件15以提供冷卻側(cè)，使熱電裝置產(chǎn)生溫差，進而會發(fā)電，將熱能轉(zhuǎn)換為電能，產(chǎn)生的電能會經(jīng)輸出電路的調(diào)理和控制后，輸出到電源存儲或控制電路，以備后期向負(fù)載供電。同理，下流通管13內(nèi)流過熱流時，下流通管13內(nèi)的溫度變高，下流通管內(nèi)壁12會將熱傳遞給靠近下流通管內(nèi)壁12的下熱電裝置11，使下熱電裝置11的加熱側(cè)加熱，而在下熱電裝置11的下側(cè)設(shè)有下緩沖裝置9內(nèi)的冷卻部件15以提供冷卻側(cè)，使熱電裝置產(chǎn)生溫差，進而會發(fā)電，將熱能轉(zhuǎn)換為電能，產(chǎn)生的電能會經(jīng)輸出電路的調(diào)理和控制后，輸出到電源存儲或控制電路，以備后期向負(fù)載供電。

當(dāng)上流通管1和下流通管13中的至少一個流通熱流時，流通管內(nèi)的溫度變高，管內(nèi)氣壓也會變大，導(dǎo)致流通管內(nèi)壁既產(chǎn)生熱脹冷縮，且又會產(chǎn)生向外的壓力，使流通管內(nèi)部向外側(cè)施加壓力，即會擠壓緊靠熱流管內(nèi)壁的上熱電裝置3或/和下熱電裝置11，而上熱電裝置3下設(shè)有上緩沖裝置4，繼而上熱電裝置3會擠壓上緩沖裝置4，上緩沖裝置4會將壓力傳遞給壓電裝置5上端；而下熱電裝置11上部設(shè)有下緩沖裝置9，繼而下熱電裝置11會擠壓下緩沖裝置9，下緩沖裝置9會將壓力傳遞給壓電裝置5下端，壓電裝置5受到壓力的作用會變形，進而會發(fā)電，將機械能轉(zhuǎn)換為電能，產(chǎn)生的電能會經(jīng)輸出電路的調(diào)理和控制后，輸出到電源存儲或控制電路，以備后期向負(fù)載供電，如圖6所示。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護的范圍內(nèi)。