一种热电转换装置结构制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种热电转换装置结构，基本结构包括绝缘导热介质、连接导体及至少一电臂；电臂位于绝缘导热介质之间，一侧绝缘导热介质为绝缘热源介质，绝缘热源介质与热源形成热连接，另一侧绝缘导热介质为绝缘散热介质；电臂中部整段或划分为多段之后的所有段或者部分段，沿电流方向实施故意非均匀掺杂，具备该方向相同趋势的半导体属性强弱单调变化分布状态，电臂两端部的一小段为均匀掺杂；电臂之间通过连接导体电连接，连接导体与电臂两端均匀掺杂部连接；其中一电臂的其中一均匀掺杂部与外部电路连接作为输入端，另一电臂的其中一均匀掺杂部与外部电路连接作为输出端。本发明专利技术减少对温差依赖或不需要温差，并在同等温度、温差条件下提高热电转换效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及热能转换为电能
，尤其是指一种热电转换装置结构。
技术介绍
现有技术中，半导体热电转换装置一般基于均匀掺杂的半导体电臂，在吸热发电过程中需要冷端、热端具备一定程度的温差，该装置无法在微小温差的自然空气环境中，或者近似相同海平面位置的海水中高效地吸收热能发电，限制获取能量的规模和便利性。即便具备了所需的温差条件，该温差发电装置的转换效率也多在10%以下，对热源能量的浪费较大，为了获得足够的功率，需要占用很大的面积、体积，成本较高。采用均质半导体电臂的热电转换装置，如果用于热量搬移应用，因为吸热转换的效率较低，因此对于以制冷为目的的应用而言，放热端释放热量大，容易导致较大温升，为了克服放热端的高温对装置吸热能力的影响，需要较大功率的外部辅助能源，功率消耗较大，效果不理想。并且为了维持吸热端的温度低于放热端，也必须依赖外部电源的电流输入，制冷效率不高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种热电转换装置结构，以提高热电转换效率。为达成上述目的，本专利技术的解决方案为：一种热电转换装置结构，包括一层基本结构，该基本结构包括绝缘导热介质、连接导体及至少一电臂；电臂位于绝缘导热介质之间，其中一侧绝缘导热介质作为绝缘热源介质，绝缘热源介质与热源形成热连接，另一侧绝缘导热介质作为绝缘散热介质；电臂中部整段或划分为多段之后的所有段或者部分段沿电流方向实施故意非均匀掺杂，具备该方向相同趋势的半导体属性强弱单调变化的分布状态，电臂两端部的一小段为均匀掺杂；电臂之间通过连接导体形成电连接，连接导体与电臂两端均匀掺杂部连接；其中一电臂的其中一均匀掺杂部与外部电路连接作为输入端，另一电臂的其中一均匀掺杂部与外部电路连接作为输出端。一种热电转换装置结构，由两层或两层以上基本结构叠合组成，每一层基本结构包括绝缘导热介质、连接导体及至少一电臂；相邻层与层基本结构之间通过绝缘导热介质连接，靠近热源的上一层基本结构与远离热源的下一层基本结构之间形成热串联，上一层基本结构的放热功率作为下一层基本结构的部分或主要热功率来源；设置在其中一外端基本结构外层的绝缘导热介质作为绝缘热源介质，绝缘热源介质与热源形成热连接，设置在另一外端基本结构外层的绝缘导热介质作为绝缘散热介质；每一层基本结构的电臂位于绝缘导热介质之间，电臂中部整段或划分为多段之后的所有段或部分段沿电流方向实施故意非均匀掺杂，具备该方向相同趋势的半导体属性强弱单调变化的分布状态，电臂两端为均匀掺杂；同一层基本结构的电臂之间通过连接导体形成电连接，连接导体与电臂两端均匀掺杂部连接；不同层基本结构的电臂之间形成电连接；其中一电臂的其中一均匀掺杂部与外部电路连接作为输入端，另一电臂的其中一均匀掺杂部与外部电路连接作为输出端。一种热电转换装置结构，由两组热电转换装置结构单元组成，其中一组热电转换装置结构单元的最外端作为绝缘散热介质的绝缘导热介质，与另一组热电转换装置结构单元的最外端作为绝缘散热介质的绝缘导热介质形成热连接，且两组热电转换装置结构单元的电臂形成电连接；其中一组热电转换装置结构单元的其中一电臂的其中一均匀掺杂部与外部电路连接作为输入端，另一组热电转换装置结构单元的其中一电臂的其中一均匀掺杂部与外部电路连接作为输出端；每一组热电转换装置结构单元由两层或两层以上基本结构叠合组成，每一层基本结构包括绝缘导热介质、连接导体及至少一电臂；相邻层与层基本结构之间通过绝缘导热介质连接，，靠近热源的上一层基本结构与远离热源的下一层基本结构之间形成热串联，上一层基本结构的放热功率作为下一层基本结构的部分或主要热功率来源；设置在其中一外端基本结构外层的绝缘导热介质作为绝缘热源介质，绝缘热源介质与热源形成热连接，设置在另一外端基本结构外层的绝缘导热介质作为绝缘散热介质；每一层基本结构的电臂位于绝缘导热介质之间，电臂中部整段或划分为多段之后的所有段或部分段沿电流方向实施故意非均匀掺杂，具备该方向相同趋势的半导体属性强弱单调变化的分布状态，电臂两端为均匀掺杂；同一层基本结构的电臂之间通过连接导体形成电连接，连接导体与电臂两端均匀掺杂部连接；不同层基本结构的电臂之间形成电连接。进一步，绝缘热源介质设置为平整表面，或为锯齿状表面，或为梳状表面，或为凹凸粗糙表面；绝缘导热介质为硬质或软质绝缘导热介质。进一步，连接导体设置在绝缘导热介质表面，或者部分嵌入绝缘导热介质中，或者全部嵌入绝缘导热介质中。进一步，前后分别连接两个不同电臂的连接导体，如果电流矢量方向是从P→导体→N，或从P+→导体→P-，或从N-→导体→N+，则全部或至少部分该类型导体与该层基本结构的散热绝缘介质相连，实现热连接；如果电势矢量是从N→导体→P，或从P-→导体→P+，或从N+→导体→N-，则全部或部分该类型导体与该层基本结构的热源绝缘介质相连，实现热连接。进一步，连接导体为金属，或石墨烯、碳纳米材料。进一步，电臂与连接导体的连接为平整表面接触，或者为锯齿状表面接触，或者为梳状表面接触，或者为凹凸粗糙表面接触。进一步，同一层基本结构的电臂之间的连接或不同层基本结构的电臂之间的连接为串联连接，或者为并联连接，或者为串联与并联混合连接；相互串联或并联连接的全部或至少部分半导体电臂，其中部非均匀掺杂段的半导体属性沿电流矢量方向从N到P，或从N+到N-，或从P-到P+。进一步，绝缘热源介质上设置电磁波吸波材料层，或者绝缘热源介质中加入吸波材料；或者选择电磁波吸收特性良好的绝缘导热材料作为绝缘热源介质。采用上述方案后，本专利技术至少包括一层基本结构，该基本结构包括绝缘导热介质、连接导体及至少一电臂；电臂中部整段或部分段沿电流方向实施故意非均匀掺杂，具备该方向半导体属性强弱单调变化的分布状态，电臂两端为均匀掺杂。利用电臂半导体属性分布梯度以及故意非均匀掺杂段相比连接导体连接节点更长的长度产生更大的电压差，并减少节点的抵抗电压占比，以此减少对温差的依赖或完全不需要温差，并在同等温度、温差条件下提高热电转换效率。电臂形成故意非均匀掺杂，可以分解为节点热电势落差和故意非均匀掺杂段热电势落差两个基本部分，其中配置故意非均匀掺杂段产生的热电势落差+ΔEc与输出电压同向，而节点热电势落差ΔEa和ΔEb有可能都是抵抗电压，同时取负值，也可能分别取正值和负值。整体输出电压U=ΔEc-(ΔEa+ΔEb)，或U=ΔEc-(ΔEa-ΔEb)，或U=ΔEc-(-ΔEa+ΔEb)。电臂可以配置一个放热节点，另一个节点和故意非均匀掺杂段都作为吸热部位，热电势落差的方向与最终电压方向一致，因此抵抗电压的比例减小，转换效率及功率得以提高。同时，电臂依靠自身半导体属性分布，在连接节点较长的距离内实现热电势总落差值ΔEc，比连接节点依靠材质差异形成的短距离半导体属性突变所形成的热电势落差ΔEa或ΔEb的绝对值更大，抵消之后留存下来的电压值更高，输出电压、功率、转换效率都更高。附图说明图1a为本专利技术绝缘导热介质与热源平面接触示意图；图1b为本专利技术绝缘导热介质与热源曲面接触示意图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热电转换装置结构，其特征在于：包括一层基本结构，该基本结构包括绝缘导热介质、连接导体及至少一电臂；电臂位于绝缘导热介质之间，其中一侧绝缘导热介质作为绝缘热源介质，绝缘热源介质与热源形成热连接，另一侧绝缘导热介质作为绝缘散热介质；电臂中部整段或划分为多段之后的所有段或者部分段沿电流方向实施故意非均匀掺杂，具备该方向相同趋势的半导体属性强弱单调变化的分布状态，电臂两端部的一小段为均匀掺杂；电臂之间通过连接导体形成电连接，连接导体与电臂两端均匀掺杂部连接；其中一电臂的其中一均匀掺杂部与外部电路连接作为输入端，另一电臂的其中一均匀掺杂部与外部电路连接作为输出端。

【技术特征摘要】
1.一种热电转换装置结构，其特征在于：包括一层基本结构，该基本结构包括绝缘导热介质、连接导体及至少一电臂；电臂位于绝缘导热介质之间，其中一侧绝缘导热介质作为绝缘热源介质，绝缘热源介质与热源形成热连接，另一侧绝缘导热介质作为绝缘散热介质；电臂中部整段或划分为多段之后的所有段或者部分段沿电流方向实施故意非均匀掺杂，具备该方向相同趋势的半导体属性强弱单调变化的分布状态，电臂两端部的一小段为均匀掺杂；电臂之间通过连接导体形成电连接，连接导体与电臂两端均匀掺杂部连接；其中一电臂的其中一均匀掺杂部与外部电路连接作为输入端，另一电臂的其中一均匀掺杂部与外部电路连接作为输出端。
2.一种热电转换装置结构，其特征在于：由两层或两层以上基本结构叠合组成，每一层基本结构包括绝缘导热介质、连接导体及至少一电臂；相邻层与层基本结构之间通过绝缘导热介质连接，靠近热源的上一层基本结构与远离热源的下一层基本结构之间形成热串联，上一层基本结构的放热功率作为下一层基本结构的部分或主要热功率来源；设置在其中一外端基本结构外层的绝缘导热介质作为绝缘热源介质，绝缘热源介质与热源形成热连接，设置在另一外端基本结构外层的绝缘导热介质作为绝缘散热介质；每一层基本结构的电臂位于绝缘导热介质之间，电臂中部整段或划分为多段之后的所有段或部分段沿电流方向实施故意非均匀掺杂，具备该方向相同趋势的半导体属性强弱单调变化的分布状态，电臂两端为均匀掺杂；同一层基本结构的电臂之间通过连接导体形成电连接，连接导体与电臂两端均匀掺杂部连接；不同层基本结构的电臂之间形成电连接；其中一电臂的其中一均匀掺杂部与外部电路连接作为输入端，另一电臂的其中一均匀掺杂部与外部电路连接作为输出端。
3.一种热电转换装置结构，其特征在于：由两组热电转换装置结构单元组成，其中一组热电转换装置结构单元的最外端作为绝缘散热介质的绝缘导热介质，与另一组热电转换装置结构单元的最外端作为绝缘散热介质的绝缘导热介质形成热连接，且两组热电转换装置结构单元的电臂形成电连接；其中一组热电转换装置结构单元的其中一电臂的其中一均匀掺杂部与外部电路连接作为输入端，另一组热电转换装置结构单元的其中一电臂的其中一均匀掺杂部与外部电路连接作为输出端；
每一组热电转换装置结构单元由两层或两层以上基本结构叠合组成，每一层基本结构包括绝缘导热介质、连接导体及至少一电臂；相邻层与层基本结构之间通过绝缘导热介质连接，，靠近热源的上一层基本结构与远离热源的下一层基本结构之间形成热串...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶磊，
申请(专利权)人：厦门兰智科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35