一种一体化的铀氮化物热电转换装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种一体化的铀氮化物热电转换装置，包括壳体以及安装在壳体上且具有自发热功能的热电转换装置；热电转换装置包括转换模块；转换模块包括第一导电片、N型半导体、P型半导体以及与N型半导体、P型半导体分别连接的两个第二导电片；N型半导体、P型半导体结构相同，均分为高裂变浓度区、低裂变浓度区。本发明专利技术选择铀氮化物同时作为热源和热电转换材料，减小了转换模块的体积与重量，提高整个热电转换装置的能量效率；采用的铀氮化物本身是易裂变的高含能材料，可以长时间、稳定的释放热能，是热电转换装置中的理想热源；采用的热电材料换能部件与放射性热源一体化后，有效避免热电材料的辐照损伤，延长热电器件的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种一体化的铀氮化物热电转换装置
本专利技术涉及热电转换
，具体的说，是一种一体化的铀氮化物热电转换装置。
技术介绍
热电材料可以通过热电（Seebeck）效应实现热与电的互相转换。温差发电具有设备结构紧凑、性能可靠、运行时无噪声、无泄漏、移动灵活等优点，有微小温差存在时即可产生电势，在军用电池、远程空间探测器、微电子等军民两用领域均具有重要的应用前景。目前常用的热电转换器件是一些性能优异的半导体材料，如碲化铋、碲化铅、锗硅合金和硒族化合物等，把许多材料串联起来组成。国内外研究者们一直致力于研究开发高转换效率的热电材料。热电材料是一种可以利用材料的Seebeck效应及Peltier效应直接实现热能与电能的互相转换。Seebeck效应是指当材料的两端存在一定温差时，两端即产生一定的电动势。而Peltier效应是指当材料中通过一定的电流时，材料的两端会同时发生吸热和放热现象，表现为Seebeck效应的逆效应。通过Seebeck效应，热电材料广泛应用于太阳能、海洋能等领域的温差发电以及工业余热、汽车尾气余热的回收，尤其适用于太空探测、环境恶劣无人区等情况下的持续电能供应，在节能、环保、军事、探测等领域具有广阔的应用前景，利用热电材料制成的同位素电池，已经在美国“伽利略”号和“旅行者”号航天器上稳定运行了30余年。同时，Peltier效应则可以应用于车载冰箱、航天器制冷、潜艇空调、电子元器件制冷等许多民用、军用领域，该类热电材料所制备的制冷器无需压缩机、无噪音、只需要直流电源即可持续运转。传统的热电材料主要有PbTe，Bi2Te3，SiGe等材料体系，研究者们在这些材料体系上进行了掺杂、合金化、纳米化等一系列持续性研究，以期提高现有材料体系的热电性能。同时，研究者们也致列于探索新型热电材料，目前已经开发的有Zn3Sb4，Na2CoO4，InSb，MgAgSb以及一些铀基化合物等。常规热电器件单元通常包含两种类型的热电材料，分别与热源及冷端环境材料两端连接，以产生热电势。常用结构中需要容纳两种材料的空间使得接触面积小，转换效率低不能够满足应用需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种一体化的铀氮化物热电转换装置，为铀氮化物同时作为热源和热电转换材料，实现新的热电器件构型，裂变材料-热电转换材料的高效集成，可以减少换能模块的体积与重量，去除传统核电池中的PuO2热源部分，并有望提高整个热电转换装置的能量效率。本专利技术通过下述技术方案实现：一种一体化的铀氮化物热电转换装置，包括壳体以及安装在壳体上且具有自发热功能的热电转换装置；所述热电转换装置包括转换模块；所述转换模块包括第一导电片、分别设置在第一导电片两端面的N型半导体、P型半导体以及与N型半导体、P型半导体分别连接的两个第二导电片；所述N型半导体、P型半导体结构相同，均分为与第一导电片连接且具有自发热功能的高裂变浓度区、与第二导电片连接的低裂变浓度区。本专利技术利用铀氮化物自身裂变热在壳体内部的聚集效应作为热端，并且在壳体内部提高自裂变核素丰度，同时利用外部环境中-180℃以下的极端低温环境作为热电器件的冷端环境，并降低冷端环境自裂变核素丰度；铀氮化物热电材料通过如此产生的较大温差，直接实现热和电的转换，向外部输出电流。进一步地，为了更好的实现本专利技术，所述转换模块的数量为多个且环形连接形成热电转换单元；相邻的转换模块共用一个第二导电片；相邻的转换模块通过第二导电片连接，即第二导电片同时与一个转换模块的N型半导体以及另一个转换模块的P型半导体连接。进一步地，为了更好的实现本专利技术，所述热电转换单元的数量为多个且沿壳体轴向均匀分布。进一步地，为了更好的实现本专利技术，所述高裂变浓度区、低裂变浓度区分别为铀氮化物制成；所述高裂变浓度区中的铀氮化物中的铀为铀235；所述低裂变浓度区中的铀氮化物中的铀为铀238。进一步地，为了更好的实现本专利技术，所述热电转换装置安装在冷端环境中；所述冷端环境具体是指利用外部环境中-180℃以下的极端低温环境。进一步地，为了更好的实现本专利技术，所述壳体的侧壁上设置有依次设置有防辐射层和保温层。为铀氮化物同时作为热源和热电转换材料，实现新的热电器件构型，裂变材料-热电转换材料的高效集成，可以减少换能模块的体积与重量，去除传统核电池中的PuO2热源部分，有效的提高了整个热电转换装置的能量效率。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：（1）本专利技术选择铀氮化物同时作为热源和热电转换材料，不同于传统的热电装置构型，减小了换能模块的体积与重量，并提高了整个热电转换装置的能量效率；（2）本专利技术中所采用的铀氮化物本身是易裂变的高含能材料，在反应堆中或自发衰变机制的作用下，可以长时间、稳定的释放热能，是热电转换装置中的理想热源；（3）本专利技术中所采用的热电材料换能部件与放射性热源一体化后，可以有效避免热电材料的辐照损伤，延长热电器件的使用寿命。附图说明图1为本专利技术的剖面结构示意图；图2为图1中A处的热电转换示意图；图3为本专利技术热电转换示意图；其中：1-壳体，11-保温层，12-防辐射层，2-第一导电片，31-高裂变浓度区，32-低裂变浓度区，4-第二导电片。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。下面结合实施例对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1：本专利技术通过下述技术方案实现，如图1-图3所示，一种一体化的铀氮化物热电转换装置，包括壳体1以及安装在壳体1上且具有自发热功能的热电转换装置；所述热电转换装置包括转换模块；所述转换模块包括第一导电片2、分别设置在第一导电片2两端面的N型半导体、P型半导体以及与N型半导体、P型半导体分别连接的两个第二导电片4；所述N型半导体、P型半导体结构相同，均分为与第一导电片2连接且具有自发热功能的高裂变浓度区31、与第二导电片4连接的低裂变浓度区32。一种一体化的铀氮化物热电转换装置，包括壳体1以及安装在壳体1上且具有自发热功能的热电转换装置；所述热电转换装置包括转换模块；所述转换模块包括第一导电片2、分别设置在第一导电片2两端面的N型半导体、P型半导体以及与N型半导体、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种一体化的铀氮化物热电转换装置，包括壳体（1）以及安装在壳体（1）上且具有自发热功能的热电转换装置；其特征在于：所述热电转换装置包括转换模块；所述转换模块包括第一导电片（2）、分别设置在第一导电片（2）两端面的N型半导体、P型半导体以及与N型半导体、P型半导体分别连接的两个第二导电片（4）；所述N型半导体、P型半导体结构相同，均分为与第一导电片（2）连接且具有自发热功能的高裂变浓度区（31）、与第二导电片（4）连接的低裂变浓度区（32）。

【技术特征摘要】
1.一种一体化的铀氮化物热电转换装置，包括壳体（1）以及安装在壳体（1）上且具有自发热功能的热电转换装置；其特征在于：所述热电转换装置包括转换模块；所述转换模块包括第一导电片（2）、分别设置在第一导电片（2）两端面的N型半导体、P型半导体以及与N型半导体、P型半导体分别连接的两个第二导电片（4）；所述N型半导体、P型半导体结构相同，均分为与第一导电片（2）连接且具有自发热功能的高裂变浓度区（31）、与第二导电片（4）连接的低裂变浓度区（32）。2.根据权利要求1所述的一种一体化的铀氮化物热电转换装置，其特征在于：所述转换模块的数量为多个且环形连接形成热电转换单元；相邻的转换模块共用一个第二导电片（4）；即第二导电片（4）同时与一个转换模块的N型半导体以及另一个转换模块的P型半导体连接。3....

【专利技术属性】
技术研发人员：刘静，赵晓冲，刘柯钊，胡殷，龙重，朱康伟，刘毅，杨瑞龙，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院材料研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51