一种对热源能量进行多次吸收转换的热电转换装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种对热源能量进行多次吸收转换的热电转换装置，包括至少两个半导体热电装置，半导体热电装置至少包括一电臂，在转换电流方向，电臂至少设置一段故意非均匀掺杂段，形成不均匀的半导体属性分布，以故意非均匀掺杂段作为吸热部位，吸入热功率进行热电转换；其中至少一半导体热电装置的放热部位至少与另一半导体热电装置的吸热部位进行热连接，配置为前后级热串联，在热电转换过程中，前级作为后级的热能来源，前级放热部位释放的热功率被后级吸热部位吸收，形成对热源多次吸收转化为电能。本发明专利技术可以提升热电转换效率，提升对热源温度能量的利用率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及热能与电能转换
，尤其是指一种对热源能量进行多次吸收转换的热电转换装置。
技术介绍
现有温差发电技术的热电转换效率很低，通常都低于10％，绝大部分吸入功率重新以放热形式，从放热部位损耗掉了。传统的均质掺杂的电臂条件下，每一个发电装置都必须依靠温差来工作，把固定的温差幅度分拆为多个小幅度温差，分别由多个装置以热串联的形式组合，起不到明显的功率和效率提升作用，甚至有可能因为内阻消耗等原因反而使性能下降。现有技术的均质电臂为基础的温差发电装置，其输出电压、功率等参数依赖吸放热部位的温差大小，因此，当试图用多个小温差的装置来代替一个单独大温差的装置时，两者的输出功率相差不大，如果考虑多个装置带来更大的阻抗，其输出有效功率甚至可能比单个装置的更低，热串联形式的重复吸收转换对于提升人的转换效率无效，至少起不到明显效果。如果只是简单添加更多级均质电臂为基础的温差发电装置，这些装置的吸、放热端温度差过小，甚至为负值，无法正常转换。本申请人申请号为201410764238.1提出用非均匀掺杂的电臂来制作温差发电装置，可以实现在无温差甚至一定程度的负温差条件下的热--电转换。然而，即便采用非均匀掺杂电臂的温差发电装置，虽然可以提高单个装置的转换效率，减少热损耗，但放热部位不可能完全消失，泄漏热功率仍然存在，还是会限制转换效率的进一步提高。因此，提高单个温差发电装置的单次热电转换效率固然重要，但如果能够把一部分或全部释放的泄漏热功率重新吸收、转换，或者多次吸收、转换，则转换效率会成倍提高，热源能量利用率会成倍提高，本案由此产生。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种对热源能量进行多次吸收转换的热电转换装置，以提升热电转换效率，提升对热源温度能量的利用率。为达成上述目的，本专利技术的解决方案为：一种对热源能量进行多次吸收转换的热电转换装置，包括至少两个半导体热电装置，半导体热电装置至少包括一电臂，在转换电流方向，电臂至少设置一段故意非均匀掺杂段，形成不均匀的半导体属性分布，以故意非均匀掺杂段作为吸热部位，吸入热功率进行热电转换；其中至少一半导体热电装置的放热部位至少与另一半导体热电装置的吸热部位进行热连接，配置为前后级热串联，在热电转换过程中，前级作为后级的热能来源，前级放热部位释放的热功率被后级吸热部位吸收，形成对热源多次吸收转化为电能。进一步，前级半导体热电装置与后级半导体热电装置绝缘热连接。进一步，前级半导体热电装置的放热部位，与后级半导体热电装置的吸热部位之间靠近，通过空气导热与辐射导热进行热能量的传递，实现热连接；或者前级半导体热电装置的放热部位先与电绝缘的导热介质接触，同时后级半导体热电装置的吸热部位也与该绝缘导热介质接触，实现热连接。进一步，前级半导体热电装置与后级半导体热电装置进行同时电连接及热连接。进一步，前级半导体热电装置的放热部位与后级半导体热电装置的吸热部位直接接触；或者前级半导体热电装置的放热部位与后级半导体热电装置的吸热部位同时与形成电通路的导热介质接触，同时实现热连接和电连接。进一步，前级半导体热电装置与后级半导体热电装置的数量比例关系为1对1的关系，或者1对多的关系，或者多对1的关系，或者多对多的关系。进一步，半导体热电装置至少设置为一层，在热源温度能量传递难易程度相同的一层中，布置至少两个半导体热电装置，其中部分半导体热电装置之间进行热连接，形成前后级的热串联，形成横向的热串联方式，以实现热能量的重复吸收转换；按照热源温度能量传递难易程度的不同，布置至少两层半导体热电装置；每一层中包含至少一个半导体热电装置；各层半导体热电装置之间进行热连接，实现热能量的串联和重复吸收转换。进一步，更容易获取热源能量的前一层半导体热电装置的吸热部位从热源获得热功率，其放热部位与较难获得热源能量的后一层或后几层半导体热电装置的吸热部位进行热连接，形成前后级的关系，转换过程中前一级半导体热电装置释放的热能，作为后一级半导体热电装置的输入能量来源，热功率从前一层朝后一层或后面几层传递，直至最终一层的放热部位朝外部环境释放，形成热源能量在半导体热电装置中的串联流动，形成竖向的热串联，实现多次热电转换。进一步，部分后一层半导体热电装置的放热部位同时与前一层中或更前面一层的半导体热电装置吸热部位进行热连接，其释放的部分热量，再次被前面一层半导体热电装置的吸热部位吸收并进行热电转换，后一层的半导体热电装置也同时是前面一层的半导体热电装置的能量来源。进一步，半导体热电装置通过电臂两端所连接导体形成电连接，实现半导体热电装置之间的并联、串联或串并联结合的电路连接。采用上述方案后，本专利技术半导体热电装置至少包括一电臂，在转换电流方向，电臂至少设置一段故意非均匀掺杂段，形成不均匀的半导体属性分布。电臂可以分解为节点热电势落差和电臂段热电势落差两个基本部分，其中电臂段热电势落差+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，二者的差值要比传统均质电臂装置中同样的差值绝对值更大，因此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。同时，其中至少一半导体热电装置的放热部位至少与另一半导体热电装置的吸热部位进行热连接，配置为前后级热串联，在热电转换过程中，前级作为后级的热能来源，前级放热部位释放的热功率被后级吸热部位吸收，形成对热源多次吸收转化为电能，进一步提升热电转换效率，提升对热源温度能量的利用率。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术第一实施例的结构示意图；图3为本专利技术第二实施例的结构示意图；图4为本专利技术第三实施例的结构示意图；图5为本专利技术第四实施例的结构示意图。...

【技术保护点】
一种对热源能量进行多次吸收转换的热电转换装置，其特征在于：包括至少两个半导体热电装置，半导体热电装置至少包括一电臂，在转换电流方向，电臂至少设置一段故意非均匀掺杂段，形成不均匀的半导体属性分布，以故意非均匀掺杂段作为吸热部位，吸入热功率进行热电转换；其中至少一半导体热电装置的放热部位至少与另一半导体热电装置的吸热部位进行热连接，配置为前后级热串联，在热电转换过程中，前级作为后级的热能来源，前级放热部位释放的热功率被后级吸热部位吸收，形成对热源多次吸收转化为电能。

【技术特征摘要】
1.一种对热源能量进行多次吸收转换的热电转换装置，其特征
在于：包括至少两个半导体热电装置，半导体热电装置至少包括一电
臂，在转换电流方向，电臂至少设置一段故意非均匀掺杂段，形成不
均匀的半导体属性分布，以故意非均匀掺杂段作为吸热部位，吸入热
功率进行热电转换；其中至少一半导体热电装置的放热部位至少与另
一半导体热电装置的吸热部位进行热连接，配置为前后级热串联，在
热电转换过程中，前级作为后级的热能来源，前级放热部位释放的热
功率被后级吸热部位吸收，形成对热源多次吸收转化为电能。
2.如权利要求1所述的一种对热源能量进行多次吸收转换的热
电转换装置，其特征在于：前级半导体热电装置与后级半导体热电装
置绝缘热连接。
3.如权利要求2所述的一种对热源能量进行多次吸收转换的热
电转换装置，其特征在于：前级半导体热电装置的放热部位，与后级
半导体热电装置的吸热部位之间靠近，通过空气导热与辐射导热进行
热能量的传递，实现热连接；或者前级半导体热电装置的放热部位先
与电绝缘的导热介质接触，同时后级半导体热电装置的吸热部位也与
该绝缘导热介质接触，实现热连接。
4.如权利要求1所述的一种对热源能量进行多次吸收转换的热
电转换装置，其特征在于：前级半导体热电装置与后级半导体热电装
置进行同时电连接及热连接。
5.如权利要求4所述的一种对热源能量进行多次吸收转换的热
电转换装置，其特征在于：前级半导体热电装置的放热部位与后级半
导体热电装置的吸热部位直接接触；或者前级半导体热电装置的放热

\t部位与后级半导体热电装置的吸热部位同时与形成电通路的导热介
质接触，同时实现热连接和电连接。
6.如权利要求1所述的一种对热源能量进行多次吸收转换的热
电转换装置，其特征在于：前级半导体热电装置与后级半导体热电装
置的数量比例关系为1对1的关系，或者1对多的...

【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