一种热管式热电模块及其发电装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种热管式热电模块，包括一热管，该热管的底段为热段，顶段为冷段，热段和冷段之间为中段；此外，所述热管其热段的外壁及端头设有保温封闭层而构成热管式热电模块的温差段，所述保温封闭层至少有部分由热电模块构成，所述热电模块的一面以热传导形式包裹封闭在热段的外面；所述各热电模块之间以串联和／或并联的方式连接。本实用新型专利技术还公开了一种使用上述热管式热电模块的发电装置。本实用新型专利技术利用热管作为热电模块的导热、散热装置，解决了温差发电中热电模块冷热两面难以形成比较高且比较稳定温差的问题以及冷端散热不快的问题，有效提高了热电模块的热电转换效率，并为余热多级利用奠定了基础。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及热电
，尤其涉及一种结合热管技术的热电模块及其发 电装置。技术背景热管技术是1963年美国LosAlamos国家实验室的G.M.Grover技术的一种 利用热管的传热元件，它充分利用了热传导原理与致冷介质的快速热传递性质， 通过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何己知金属的导 热能力。热管的传热原理就是利用蒸发制冷，使得热管两端温度差很大，使热量快 速传导。热管一般由管壳、吸液芯和端盖组成。热管内部被抽成负压状态，且充入 适当的液体，这种液体沸点低、容易挥发。吸液芯设在管壁，由毛细多孔材料构成。 热管的一段为蒸发端，另外一段为冷凝端，当热管一段受热时，毛细管中的液体迅 速蒸发，蒸气在微小的压力差下流向另外一端，并且释放出热量，重新凝结成液体， 液体再沿多孔材料在毛细力的作用下流回蒸发段。如此循环不止，热量由热管一端 传至另外一端。这种循环是快速进行的，热量可以被源源不断地传导开来。热管依 靠自身内部工作液体的相变来实现传热，具有很高的导热性、优良的等温性、热流 密度可变性、热流方向可逆性、恒温特性(可控热管)和良好的环境适应性。目前，热管技术被广泛应用在宇航、军工等行业，自从被引入散热器制造行业， 使得人们改变了传统散热器的设计思路，摆脱了单纯依靠高风量电机来获得更好散 热效果的单一散热模式。采用热管技术使得散热器即便使用低转速、低风量的电机， 同样可以获得满意的效果，使得困扰风冷散热的噪音问题得到了良好的解决，开辟 了散热行业的新天地。利用热电模块的温差发电机是利，塞贝尔效应，将热能直接转换为电能的一项 新型节能技术装备，其工作原理是在两块不同性质的半导体两端设置一个温差，从 而在半导体两端产生直流电压而输出电能。这是一种直接将热能转换成电能的全固 态能量转换方式，具有体积小、重量轻、无振动、无噪音、寿命长等优点，在工业 余热或废热利用方面具有广阔的应用前景。虽然热电模块发电已有诸多应用，但长久以来受热电转换效率低和较大成本的 限制，温差发电技术向工业和民用产业的普及受到f大的制约。之所以热电转换效率低， 一方面是由于半导体器件热电材料的热电优值Z不够高；另一方面是热电模 块其冷热两面难以形成足够高和稳定A温差。当热电模块的两面发生温差时，其两 输出端便产生正负电势。接通电路后，由于电流的运动，使得热迅速地从热端向冷 端转移。在此过程中，如果不能迅速、有效地将转移过来的热输送出去，并导入其 他空间或物质体，热电模块其两面的温差就会消失，从而电势也就消失了。因此， 热电模块发电装置是否能发电或高效发电，不仅仅取决于热电模块半导体热电材料 的热电转换效率，还取决于与其配合的散热或导热装置。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种将热管与热电模块相结 合的热管式热电模块，旨在利用热管作为导热元件，以保证热电模块其冷热两面具 有比较高且稳定的温差，从而有效提高热电模块的热电转换效率。本技术的另 一目的在于提供一种使用上述热管式热电模块的发电装置。本技术的目的通过以下技术方案予以实现本技术提供的一种热管式热电模块，包括一热管，该热管的底段为热段， 顶段为冷段，热段和冷段之间为中段；此外，所述热管其热段的外壁及端头设有保温封闭层而构成热管式热电模块的温差段，所述保温封闭层至少有部分由热电模块构成，所述热电模块的一面以热传导形式包裹封闭在热段的外面；所述各热电模块 之间以串联和/或并联的方式连接。本技术利用热管的高导热性、优良的等温性和热流密度的可逆性，将热管作为热电模块的导热、散热装置，以解决温差发电中 热电模块冷热两面难以形成比较高、t:匕较稳定温差的问题以及冷端散热不快的问题。 为使热管的热段能够充分、高效地将热电模块冷面的散发出的热量迅速传递出去， 热管的热段不允许直接与高温环境接触，即热段未被热电模块包裹的部分必须进行 保温封闭，以保证热管传导的是在高温环境中经过热电模块的热量。为起到集热和保护热电模块的作用，本技术中所述温差段的外面设有集热 保护套， 一方面可以增加热管的热量收集，另一方面也可以保护热电模块免受高温 介质的侵害，以延长其使用寿命。此外，本技术所述热管式热电模块的中段其 外设有保温隔热层，以减少热管在导热过程中热量的损失。为提高发电效率，本技术所述保温封闭层全部由热电模块构成，即热电模 块包裹封闭整个热段的外壁及端头。，外，也可以根据需要，所述保温封闭层部分 由热电模块构成，部分由保温隔热材料形成的保温绝热层构成。根据热管以及热电模块形状的不同，热电模块可以采用不同的方式设置在热管 的外面。本技术所述热电模块的一面与所述热管其热段的外表之间设置有导热 固定件。例如，对于圆管状的热管、平面形状的热电模块，可以通过外方内圆的导 热筒将热电模块固定在热管的外面。或者，当热管为方型、热电模块为平面形状时， 热电模块的一面可以直接贴附在热管其热段的外面；也可以通过导热胶、导热膏或 其他导热材料将热电模块粘贴在热管热段的外面。本技术的另一目的通过以下技术方案予以实现本技术提供的一种发电装置，'包括热电组件和环境体系；所述热电组件为 一组或一组以上，每组为一个或一个以上所述热管式热电模块的并列组合；所述环 境体系为二个或二个以上，且按温度降低秩序依次逐级排列；所述每组热电组件设 置在两相邻环境体系之间，其中热电组件各热管式热电模块的温差段置于温度较高 的环境体系中，冷段置于温度较低的环境体系中；所述各组热电组件的热电模块之 间以串联和/或并联的方式连接。然后与蓄电装置或稳压装置相互连接，便可实施温 差发电。本技术装置利用热管在传导热量过程中，既能够维持稳定的、与外界 环境相等的温度，同时又在几乎没有热量损失的情况下，逐级为温差发电提供冷热 面，为温差发电余热提供利用场所，为余热多级利用奠定了基础。其工作原理如下 '当一组热电组件其热管式热电模块的温差段处于高温环境体系中时，处于热段 外壁的热电模块实行第一次温差发电，冷段则将热电模块冷面散发出的热量迅速传 递给相邻的第一级相对低温的环境体系，使该级低温环境体系的温度升高。同时， 设置在第一级相对低温环境体系中的第二组热电组件的热管式热电模块，其温差段 的热电模块实行第二次温差发电后，该组热管式热电模块的冷段将热电模块冷面散 发出的热量又迅速传递给相邻的第二级相对低温的坏境体系，使该级低温环境体系 的温度升高。同时，设置在第二级相对低温环境体系中的第三组热电组件的热管式 热电模块，其温差段的热电模块实行第三次温差发电后，该组热管式热电模块的冷 段与相邻的第三级相对低温的环境体系相接触，并将热电模块冷面散发出的热量迅 速传递给该级环境体系。如此延续下去，只要被冷段传递热量后的那级相对低温的 环境体系被加热得足够高，就可以在其中设置更多一组热电组件热管的温差段，再 将该组件的冷段与更低温的环境体系接触，从而达到多级温差发电、提高余热利用 效率的目的。本技术装置热电组件和环境体系的级(次)数，可根据使用场合的需要进 行设置，从而实现对余热进行多级利用和发电，极大地提高了温差发电效率。关于环境体系，本技术装置所述位于始级、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热管式热电模块，包括一热管（１），该热管的底段为热段（１ａ），顶段为冷段（１ｂ），热段和冷段之间为中段（１ｃ）；其特征在于：所述热管其热段（１ａ）的外壁及端头设有保温封闭层而构成热管式热电模块的温差段（１ｄ），所述保温封闭层至少有部分由热电模块（２）构成，所述热电模块（２）的一面以热传导形式包裹封闭在热段（１ａ）的外面；所述各热电模块（２）之间以串联和／或并联的方式连接。

【技术特征摘要】
1、一种热管式热电模块，包括一热管(1)，该热管的底段为热段(1a)，顶段为冷段(1b)，热段和冷段之间为中段(1c)；其特征在于所述热管其热段(1a)的外壁及端头设有保温封闭层而构成热管式热电模块的温差段(1d)，所述保温封闭层至少有部分由热电模块(2)构成，所述热电模块(2)的一面以热传导形式包裹封闭在热段(1a)的外面；所述各热电模块(2)之间以串联和/或并联的方式连接。2、 根据权利要求l所述的热管式热电模块，其特征在于所述温差段(ld)的外面设有集热保护套(4)。3、 根据权利要求1所述的热管式热电模块，其特征在于所述热管式热电模块的中段(lc)其外设有保温隔热层(5)。，4、 根据权利要求1或2或3所述的热管式热电模块，其特征在于所述保温 封闭层全部由热电模块(2)构成。5、 根据权利要求1或2或3所述的热管式热电模块，其特征在于所述保温 封闭层部分由热电模块(2)构成，部分由保温隔热材料形成的保温绝热层构成。6、 根据权利要求1所述的热管式热电模块，其特征在于所述热电模块(2)的一面与所述热管其热段(la)的外表之间设置有导热固定件(3)。...

【专利技术属性】
技术研发人员：况学成，
申请(专利权)人：况学成，
类型：实用新型
国别省市：44[中国|广东]