一种体相结构化的集热发电模块，由下向上依次为贴附层、体相结构化的集热层和热电转换层；体相结构化的集热层包括底部和贴附层连接的散热基体，散热基体内部嵌入集热结构，集热结构由微纳结构化的高导热率系数材料和低导热系数材料组成，集热结构和表面热量集中区域相接，表面热量集中区域位于散热基体的上方；热电转换层由上下设置的结构相同的两级以上温差发电模块组成；将外电路与温差发电模块中导流片连接形成电流，同一级温差发电模块内的热电材料和导流片按串联方式连接，不同级温差发电模块之间按并联方式连接，均通过外接电路接入蓄电装置；本发明专利技术提高能量利用效率和散热效率，利于热量回收再利用的推广与实现。
【技术实现步骤摘要】
一种体相结构化的集热发电模块
本专利技术涉及热传导、温差发电及电能储存
，具体涉及一种体相结构化的集热发电模块。
技术介绍
热量广泛地存在于自然界、电子产品、工业生产、电力设备、航空航天中，若不能对热量进行调控，将会影响到正常的生产，也会影响产品的性能。同时在能源消费的过程中，产生的热量多为余热、废热，目前尽管人们提出各种各样的措施以回收这些热量，但是由于这些热量大多属于低品位热源，具有温度不高和不稳定等特点，导致难以回收利用，因此这部分热量在实际中依然十分丰富。针对热量难以调控与散热问题，各种散热方法以及热量的回收方式已被应用到发热设备上，例如通过金属等导热性良好的材料，制造高导热的散热片，将热量快速导走；也可以使用柱状、肋片、放射状等散热器，通过增大散热面积，优化散热结构，从而排出热量。但是普通的整面散热无法实现调控能力，即无法对不均匀区域有效散热，在热源发热不均匀等情况下，散热片往往不能起到很好的效果。由于热量的损失广泛存在于各种设备的工作过程中，因此存在大量的能量等待着回收再利用，如果无法对输出的热量进行消耗或再利用，将会使热量聚积，导致局部温度升高，从而影响散热效率，同时也会浪费能源。目前国内利用余热回收技术对热量进行回收再利用的方法较少，且效率相对较低，主流的方法有热交换技术、热功转换技术、余热制冷制热技术，相对来说这些方法的成本较高，损耗较大，且应用空间相对较狭窄，不利于热量回收再利用的推广与实现。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提出一种体相结构化的集热发电模块，能将热量进行高效收集，并将热量转换为其他能源并被快速使用，极大减少能量的浪费，同时提高能量利用效率和散热效率，利于热量回收再利用的推广与实现。为了实现这样的目的，本专利技术采取如下的技术方案：一种体相结构化的集热发电模块，由下向上依次为贴附层9、体相结构化的集热层和热电转换层；所述的体相结构化的集热层包括散热基体1，散热基体1底部和贴附层9连接，并贴附于外部热源；散热基体1内部嵌入集热结构，集热结构由微纳结构化的高导热率系数材料2和低导热系数材料3组成，集热结构和表面热量集中区域4相接，表面热量集中区域4位于散热基体1的上方；所述的热电转换层由上下设置的结构相同的两级以上温差发电模块组成；一级温差发电模块包括第一陶瓷基板5，第一陶瓷基板5连接在散热基体1的上方，第一陶瓷基板5的上方和第一导流片6相接，第一导流片6的左右两侧设置有第一热电材料7，两个第一热电材料7的上方与第二导流片8相接。所述的贴附层9基材是柔性聚合物，厚度为0.5-2mm。所述的集热结构是由高导热系数材料2和低导热系数材料3交替排列组成的复合结构，复合结构是遵循热学变换理论的优化结构；低导热系数材料3靠近散热基体1的局部结构为三角形结构。所述的高导热系数材料2导热系数为300W/mK-1000W/mK，所述的低导热系数材料3导热系数为0.24W/mK-10W/mK。所述的第一热电材料7是在室温下热电优值为0.9～1.4的热电材料，其厚度为8-12mm，宽度为7-9mm。所述的第一陶瓷基板5导热系数为2.5W/mK–10W/mK，其厚度为0.5mm-2mm。所述的第一导流片6和第二导流片8之间之间用于将第一热电材料7产生的电势差转变为电流，第一热电材料7靠近第一导流片6的一端为热端，第一热电材料7靠近第二导流片8的一端为冷端，并成为储能电路的组成部分；所有导流片的厚度均为0.5-2mm。将外电路与温差发电模块中导流片连接形成电流，导流片按“Z”字型连接，同一级温差发电模块内的热电材料和导流片按串联方式连接，不同级温差发电模块之间按并联方式连接，均通过外接电路15接入蓄电装置16。将体相结构化的集热发电模块组装成阵列，形成规模集热发电设备，相连的体相结构化的集热发电模块之间的电流互通，从而形成通路，在规模集热发电设备外通过外接电路15接入蓄电装置16，将规模集热发电设备中的电能储存在蓄电装置16中。将热量调控、热量收集、温差发电和电能储存集成并封装为一体，做到毫米尺度的微小级别，使用时只需将用电设备接入蓄电装置16，即可快速使用，方便快捷。本专利技术的有益效果：热源处于散热基体1的下方，热量从下方传入并流入高导热系数材料2和低导热系数材料3交替排列的区域，热量被收集在了表面热量集中区域4，使得温度的流向得到了控制，加快了散热，并将热量集中，减少了热量的耗散。温度差提高之后，热电转换效率得到提高，在长期的动态集热过程中，整体结构将不断为热电材料传导热量，持续产生电能。在节省空间的前提下，采用两级温差发电模块的方式，在温度以阶梯式降低的过程中，两级温差发电模块提高了发电效率和电能。陶瓷基板隔绝了导流片与散热基体，使得热量被有效传导的同时保护了电路。附图说明图1是本专利技术实施例的三维视图。图2是本专利技术实施例体相结构化的集热层三维示意图。图3是本专利技术实施例热电转换层一级温差发电模块原理示意图。图4是本专利技术实施例热电转换层的组装示意图，其中图(a)为两级温差发电模块组装后的示意图，图(b)为组装后的右视图。图5是本专利技术实施例接入储电装置的示意图。具体实施方式以下结合附图及实施例对本专利技术作详细描述。如图1、图2所示，一种体相结构化的集热发电模块，由下向上依次为贴附层9、体相结构化的集热层和热电转换层；所述的体相结构化的集热层包括散热基体1，散热基体1底部和贴附层9连接，并贴附于外部热源；散热基体1内部嵌入集热结构，集热结构由微纳结构化的高导热率系数材料2和低导热系数材料3组成，集热结构和表面热量集中区域4相接，表面热量集中区域4位于散热基体1的上方；所述的热电转换层由上下设置的结构相同的一级温差发电模块和二级温差发电模块组成；一级温差发电模块包括第一陶瓷基板5，第一陶瓷基板5连接在散热基体1的上方，第一陶瓷基板5的上方和第一导流片6相接，第一导流片6的左右两侧设置有第一热电材料7，两个第一热电材料7的上方与第二导流片8相接；二级温差发电模块包括第二陶瓷基板10，第二陶瓷基板10连接在第二导流片8的上方，第二陶瓷基板10的上方和第三导流片11相接，第三导流片11的左右两侧设置有第二热电材料12，两个第二热电材料12的上方与第四导流片13相接，第四导流片13的上方连接有第三陶瓷基板14。所述的贴附层9基材是柔性聚合物，厚度为0.5-2mm，如石墨烯复合材料等。所述的集热结构是由高导热系数材料2和低导热系数材料3交替排列组成的复合结构，复合结构是遵循热学变换理论的优化结构；低导热系数材料3靠近散热基体1的局部结构为三角形结构，减小了低导热系数材料3与热量的接触面积，而增大了高导热系数材料2与热量的接触面积，该结构的效率是同类结构中最为出众的，根据实验表明的结果，交替排列的数目增多会提高热量收集的效果。所述的高导热系数材料2导本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种体相结构化的集热发电模块，其特征在于：由下向上依次为贴附层(9)、体相结构化的集热层和热电转换层；/n所述的体相结构化的集热层包括散热基体(1)，散热基体(1)底部和贴附层(9)连接，并贴附于外部热源；散热基体(1)内部嵌入集热结构，集热结构由微纳结构化的高导热率系数材料(2)和低导热系数材料(3)组成，集热结构和表面热量集中区域(4)相接，表面热量集中区域(4)位于散热基体(1)的上方；/n所述的热电转换层由上下设置的结构相同的两级以上温差发电模块组成；一级温差发电模块包括第一陶瓷基板(5)，第一陶瓷基板(5)连接在散热基体(1)的上方，第一陶瓷基板(5)的上方和第一导流片(6)相接，第一导流片(6)的左右两侧设置有第一热电材料(7)，两个第一热电材料(7)的上方与第二导流片(8)相接。/n
【技术特征摘要】
1.一种体相结构化的集热发电模块，其特征在于：由下向上依次为贴附层(9)、体相结构化的集热层和热电转换层；
所述的体相结构化的集热层包括散热基体(1)，散热基体(1)底部和贴附层(9)连接，并贴附于外部热源；散热基体(1)内部嵌入集热结构，集热结构由微纳结构化的高导热率系数材料(2)和低导热系数材料(3)组成，集热结构和表面热量集中区域(4)相接，表面热量集中区域(4)位于散热基体(1)的上方；
所述的热电转换层由上下设置的结构相同的两级以上温差发电模块组成；一级温差发电模块包括第一陶瓷基板(5)，第一陶瓷基板(5)连接在散热基体(1)的上方，第一陶瓷基板(5)的上方和第一导流片(6)相接，第一导流片(6)的左右两侧设置有第一热电材料(7)，两个第一热电材料(7)的上方与第二导流片(8)相接。
2.根据权利要求1所述的一种体相结构化的集热发电模块，其特征在于：所述的贴附层(9)基材是柔性聚合物，厚度为0.5-2mm。
3.根据权利要求1所述的一种体相结构化的集热发电模块，其特征在于：所述的集热结构是由高导热系数材料(2)和低导热系数材料(3)交替排列组成的复合结构，复合结构是遵循热学变换理论的优化结构；低导热系数材料(3)靠近散热基体(1)的局部结构为三角形结构。
4.根据权利要求1所述的一种体相结构化的集热发电模块，其特征在于：所述的高导热系数材料(2)导热系数为300W/mK-1000W/mK，所述的低导热系数材料(3)导热系数为0.24W/mK-10W/mK。
5.根据权利要求1所述的一种体相结构化的集热发电模块，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋维涛，吕学谦，刘红忠，王兰兰，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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