一種熱電壓電複合裝置的製作方法
2023-09-19 20:31:20 1
本發明涉及一種發電裝置，尤其涉及一種熱電壓電複合裝置。
背景技術：
熱電裝置是基於利用半導體的seebeck效應將熱能直接轉換為電能，具備無運動部件、體積小、重量輕、無噪音、無汙染的優點，同時低品位的熱能(＜350℃)難於回收成為提高能源利用率的難點之一。因此，熱電發電作為一種能源領域的高新技術成為國際上競相研究的熱點之一，並將對人類世紀經濟生活和社會發展產生重大的影響。
熱電發電器件雖無運動部件，當其應用到低品位廢熱發電上，如：汽車尾氣、發動機、垃圾燃燒、工廠廢熱、家用木炭爐、熱水器等，廢熱的溫度變化大且快。熱電模塊必須經受熱端從室溫-40℃～100℃到使用溫度-40℃～400℃，冷端在-40℃～200℃的熱衝擊。如熱水器中，當加熱時，會使保溫室內壓力變大，且溫度升高，使熱電器件存在熱脹冷縮現象，而熱電裝置在熱衝擊下而引起的熱應力難於釋放，造成焊點鬆動直至脫落，進而影響器件的壽命。如何釋放熱電發電器件在低品位熱源回收中熱衝擊的熱應力以及提高能源利用率，是保證其性能穩定壽命長的唯一途徑。無論是在技術理論和實驗證明上都是擴展熱電發電的使用領域和提高能源利用率的有效方法。
且已知熱電變換元件利用通過對離開間隔的部位賦予溫度差、使高溫部與低溫部之間產生電位差的塞貝克效應，溫度差越大則發電量也越大。這樣的熱電變換元件以將多個接合的熱電變換元件模組的形態使用。在這種發電裝置中，如上述那樣，已知對熱電變換模組賦予的溫度差越大則發電量越大、發電性能越提高。作為將熱電變換模組的溫度差取較大的對策之一，使夾著熱電變換模組配設的加熱側及冷卻側的板部件相對於熱電變換模組以均勻的狀態緊貼、提高經由這些板部件的熱傳導度是有效的。例如在特開2009-088408號公報中記載那樣，能夠使用系杆或螺母這樣的連結用的部件使各板部件以加壓狀態緊貼在熱電變換模組上。但是，如果使用這樣的部件，則難以以均勻的壓力將板部件向熱電變換模組加壓，此外，裝置的結構變複雜或成本提高。此外，有在設計或構思的自由度上發生限制的情況，進而，還有在使想要儘可能實現輕量化的裝置裝備的情況下變得不利的問題。
另外，只是存在使用熱電裝置收集能量，其能量回收率不高，機械能量浪費較多，而壓電裝置也是一種新型的回收能量的一種途徑，可有效回收機械能量。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種熱電壓電複合裝置，可以提高熱電裝置的穩定性，以及可提高能量的利用率，形成一種新型高效的能量轉換集成裝置。
為實現上述目的，本發明提供一種熱電壓電複合裝置，其包括熱電裝置和壓電裝置，其特徵在於：熱電裝置包括上熱電裝置和下熱電裝置，壓電裝置設置在上熱電裝置與下熱電裝置之間，在壓電裝置與熱電裝置之間還設有緩衝裝置。
作為優選，所述緩衝裝置為彈簧或彈性板或彈性框，進一步地，緩衝裝置兩側設置固定部件，用於支撐固定緩衝裝置。
作為優選，所述緩衝裝置內設置冷卻部件，進一步地，所述冷卻部件為冷卻管或冷卻板。
作為優選，所述緩衝裝置內設置導熱部件。
具體地，所述導熱部件為t型結構，包括導熱板面和柱型結構，所述柱型結構與緩衝裝置連接，所述導熱板面設置於緩衝裝置內部與熱電裝置接觸一側，或導熱板面設置於緩衝裝置外部並置於緩衝裝置和熱電裝置之間。
進一步，所述上熱電裝置與下熱電裝置均相對固定在內置板上。
進一步，所述熱電裝置兩側設置限位緩衝部件，或導熱部件兩側設置限位緩衝部件。
具體地，所述限位緩衝部件為v型鋼板，所述限位緩衝部件在上下左右具有緩衝作用，所述限位緩衝部件一方面可以起到限制導熱部件和熱電裝置，或起到限制熱電裝置的作用，同時能夠起到上下左右緩衝作用，用於熱電裝置膨脹而導致的擠壓變形。
進一步，在熱電裝置與壓電裝置之間還可設置絕緣部件。
進一步，所述熱電裝置可包括高溫部模塊和低溫部模塊。
進一步，所述熱電裝置可包括多個熱電單元。
有益效果：與現有技術相比，本發明的裝置結構簡單，成本低，熱電裝置的冷卻側的板部件相對於熱電裝置的緊貼性提高；另外，通過設置緩衝裝置，可以緩衝對熱電裝置的熱衝擊，提高的熱電裝置的使用壽命；在上下兩個熱電裝置之間設置壓電裝置，可轉換機械能，提高能量回收率；此外，將冷卻部件設置在緩衝件中，一方面可以提高空間利用率，另一方面也可減少熱對壓電裝置影響。
附圖說明
圖1是本發明的熱電壓電複合裝置的剖視圖。
圖2是本發明的熱電壓電複合裝置的分解圖一。
圖3是本發明的熱電壓電複合裝置的分解圖二。
圖4是本發明實施例2緩衝裝置中設置冷卻部件的示意圖。
圖5是本發明實施例1的緩衝裝置中設置冷卻部件的示意圖。
圖6是本發明的熱電壓電複合裝置發電電路示意圖。
其中：1-上流通管；2-上流通管內壁；3-上熱電裝置；4-上緩衝裝置；5-壓電裝置；6-上限位緩衝部件；7-上剛性部件；8-固定部件；9-下緩衝裝置；10-下剛性部件；11-下熱電裝置；12-下流通管內壁；13-下流通管；14-下限位緩衝部件；15-冷卻部件；16-孔狀結構；17-導熱部件；18-柱型結構。
具體實施方法
如圖1-3、圖5-6所示，熱電壓電複合裝置包括熱電裝置和壓電裝置5，熱電裝置包括上熱電裝置3和下熱電裝置11，壓電裝置5設置在上熱電裝置3與下熱電裝置11之間，在壓電裝置5與熱電裝置之間還設有緩衝裝置。
以上為本發明的核心內容，通過設置緩衝裝置，可以緩衝對熱電裝置的熱衝擊，提高的熱電裝置的使用壽命；在上下兩個熱電裝置之間設置壓電裝置，可將機械能轉換為電能，提高能量回收率。
具體地，熱電壓電複合裝置包括用於流通熱流的上流通管1和下流通管13，上流通管內壁2和下流通管內壁12的外側分別緊貼設置上熱電裝置3和下熱電裝置11，焊接於上流通管內壁2外側的上剛性部件7，焊接於下流通管內壁12外側的下剛性部件10，剛性部件用於支撐熱電裝置；在上熱電裝置3與壓電裝置5之間還設有上緩衝裝置4，在下熱電裝置11與壓電裝置5之間還設有下緩衝裝置9。
具體地，本實施例中，上緩衝裝置4和下緩衝裝置9為彈性框，所述彈性框為中空結構；作為變形，上緩衝裝置4和下緩衝裝置9還可以為彈簧、彈性板或其他具有緩衝功能的部件。
此外，為了減少熱電裝置的熱量對壓電裝置的影響，上緩衝裝置4和下緩衝裝置9內還設有冷卻部件15，冷卻部件15可以為熱電裝置的提供冷卻側；冷卻部件15可為套接在緩衝裝置內的一個或多個彎曲管或直通管，本實施例中，如圖5所示，冷卻部件15為套接在緩衝裝置內的一個彎曲管。
作為優選，緩衝裝置內設置導熱部件17，所述導熱部件17為t型結構，包括導熱板面和柱型結構18，本實施例中，所述緩衝裝置上設置多個孔結構16，所述孔結構16與柱型結構18相匹配，導熱部件17通過柱型結構18和孔結構16固定於緩衝裝置內，所述導熱板面設置於緩衝裝置外部並置於緩衝裝置4和熱電裝置之間。導熱部件17可以設置於上緩衝裝置4內和/或下緩衝裝置9內，本實施例中，上緩衝裝置4內和下緩衝裝置9均設置導熱部件17。這樣以提高冷卻的面積，以便於為熱電裝置提供良好地冷卻側；此外，還可以增加導熱部件17與緩衝裝置之間的結構穩定性。作為變形，所述導熱板面還可以設置於緩衝裝置內部與熱電裝置接觸一側。
進一步地，在導熱板面兩側設有兩個相對的上限位緩衝部件6，下導熱板面兩側設有兩個相對的下限位緩衝部件14，如圖1和圖2所示，上限位緩衝部件6和下限位緩衝部件14為v型鋼板；上限位緩衝部件6和下限位緩衝部件14的另外一側設有固定部件8，本實施例中，固定部件8貫穿於壓電裝置5周圍，固定部件8具有固定上限位緩衝部件6和下限位緩衝部件14的作用，同時用於固定支撐壓電裝置5；限位緩衝部件在上下左右具有緩衝作用，一方面可以起到限制導熱部件和熱電裝置，同時能夠起到上下左右緩衝作用，用於熱電裝置膨脹而導致的擠壓變形。作為變形，上限位緩衝部件6和下限位緩衝部件14也可以分別設置於上熱電裝置3和下熱電裝置11兩側，用於限制熱電裝置，及熱電裝置膨脹或收縮而導致的變形。
本實施例中，固定部件8為一體結構，如圖2所示，固定部件8為一體結構，其可固定壓電裝置5；作為變形，固定部件8也可為可拆卸的結構，如圖3，其一部分與剛性部件相連接，起到支撐作用。
此外，為了減少熱電裝置對壓電裝置的影響，還可在上緩衝裝置4和下緩衝裝置9上設置有絕緣部件。
熱電裝置可包括多個熱電單元串聯或並聯，且每一熱電單元可包括高溫部模塊和低溫部模塊，以提高熱電轉換率。壓電裝置5也包括壓電層，設置在壓電層兩側的上下電極。
其中工作原理為：當流通熱流的上流通管1內流過熱流時，上流通管1內的溫度變高，上流通管內壁2會將熱傳遞給緊靠上流通管內壁2的上熱電裝置3上，使上熱電裝置3的加熱側加熱，而在上熱電裝置3的下側設有上緩衝裝置4內的冷卻部件15以提供冷卻側，使熱電裝置產生溫差，進而會發電，將熱能轉換為電能，產生的電能會經輸出電路的調理和控制後，輸出到電源存儲或控制電路，以備後期向負載供電。同理，下流通管13內流過熱流時，下流通管13內的溫度變高，下流通管內壁12會將熱傳遞給靠近下流通管內壁12的下熱電裝置11，使下熱電裝置11的加熱側加熱，而在下熱電裝置11的下側設有下緩衝裝置9內的冷卻部件15以提供冷卻側，使熱電裝置產生溫差，進而會發電，將熱能轉換為電能，產生的電能會經輸出電路的調理和控制後，輸出到電源存儲或控制電路，以備後期向負載供電。
當上流通管1和下流通管13中的至少一個流通熱流時，流通管內的溫度變高，管內氣壓也會變大，導致流通管內壁既產生熱脹冷縮，且又會產生向外的壓力，使流通管內部向外側施加壓力，即會擠壓緊靠熱流管內壁的上熱電裝置3或/和下熱電裝置11，而上熱電裝置3下設有上緩衝裝置4，繼而上熱電裝置3會擠壓上緩衝裝置4，上緩衝裝置4會將壓力傳遞給壓電裝置5上端；而下熱電裝置11上部設有下緩衝裝置9，繼而下熱電裝置11會擠壓下緩衝裝置9，下緩衝裝置9會將壓力傳遞給壓電裝置5下端，壓電裝置5受到壓力的作用會變形，進而會發電，將機械能轉換為電能，產生的電能會經輸出電路的調理和控制後，輸出到電源存儲或控制電路，以備後期向負載供電，如圖6所示。
實施例2
如圖1、圖3所示，熱電壓電複合裝置包括熱電裝置和壓電裝置5，熱電裝置包括上熱電裝置3和下熱電裝置11，壓電裝置5設置在上熱電裝置3與下熱電裝置11之間，在壓電裝置5與熱電裝置之間還設有緩衝裝置。
以上為本發明的核心內容，通過設置緩衝裝置，可以緩衝對熱電裝置的熱衝擊，提高的熱電裝置的使用壽命；在上下兩個熱電裝置之間設置壓電裝置，可將機械能轉換為電能，提高能量回收率。
具體地，熱電壓電複合裝置包括用於流通熱流的上流通管1和下流通管13，上流通管內壁2和下流通管內壁12的外側分別緊貼設置上熱電裝置3和下熱電裝置11，焊接於上流通管內壁2外側的上剛性部件7，焊接於下流通管內壁12外側的下剛性部件10，剛性部件用於支撐熱電裝置；在上熱電裝置3與壓電裝置5之間還設有上緩衝裝置4，在下熱電裝置11與壓電裝置5之間還設有下緩衝裝置9。
具體地，本實施例中，上緩衝裝置4和下緩衝裝置9為彈性框，所述彈性框為中空結構；作為變形，上緩衝裝置4和下緩衝裝置9還可以為彈簧、彈性板或其他具有緩衝功能的部件。
此外，為了減少熱電裝置的熱量對壓電裝置的影響，上緩衝裝置4和下緩衝裝置9內還設有冷卻部件15，冷卻部件15可以為熱電裝置的提供冷卻側；冷卻部件15可為套接在緩衝裝置內的一個或多個彎曲管或直通管或冷卻板，本實施例中，如圖4所示，冷卻部件15為套接在緩衝裝置內的一個彎曲管。
作為優選，緩衝裝置內設置導熱部件17，所述導熱部件17為t型結構，包括導熱板面和柱型結構18，本實施例中，所述緩衝裝置上設置多個孔結構16，所述孔結構16與柱型結構18相匹配，導熱部件17通過柱型結構18和孔結構16固定於緩衝裝置內，所述導熱板面設置於緩衝裝置外部並置於緩衝裝置4和熱電裝置之間。導熱部件17可以設置於上緩衝裝置4內和/或下緩衝裝置9內，本實施例中，上緩衝裝置4內和下緩衝裝置9均設置導熱部件17。這樣以提高冷卻的面積，以便於為熱電裝置提供良好地冷卻側；此外，還可以增加導熱部件17與緩衝裝置之間的結構穩定性。作為變形，所述導熱板面還可以設置於緩衝裝置內部與熱電裝置接觸一側。
進一步地，在導熱板面兩側設有兩個相對的上限位緩衝部件6，下導熱板面兩側設有兩個相對的下限位緩衝部件14，如圖1和圖3所示，上限位緩衝部件6和下限位緩衝部件14為v型鋼板；上限位緩衝部件6和下限位緩衝部件14的另外一側設有固定部件8，本實施例中，固定部件8貫穿於壓電裝置5周圍，固定部件8具有固定上限位緩衝部件6和下限位緩衝部件14的作用，同時用於固定支撐壓電裝置5；限位緩衝部件在上下左右具有緩衝作用，一方面可以起到限制導熱部件和熱電裝置，同時能夠起到上下左右緩衝作用，用於熱電裝置膨脹而導致的擠壓變形。作為變形，上限位緩衝部件6和下限位緩衝部件14也可以分別設置於上熱電裝置3和下熱電裝置11兩側，用於限制熱電裝置，及熱電裝置膨脹或收縮而導致的變形。
本實施例中，固定部件8為為可拆卸的結構，如圖3，其一部分與剛性部件相連接，起到支撐作用。
此外，為了減少熱電裝置對壓電裝置的影響，還可在上緩衝裝置4和下緩衝裝置9上設置有絕緣部件。
熱電裝置可包括多個熱電單元串聯或並聯，且每一熱電單元可包括高溫部模塊和低溫部模塊，以提高熱電轉換率。壓電裝置5也包括壓電層，設置在壓電層兩側的上下電極。
其中工作原理為：當流通熱流的上流通管1內流過熱流時，上流通管1內的溫度變高，上流通管內壁2會將熱傳遞給緊靠上流通管內壁2的上熱電裝置3上，使上熱電裝置3的加熱側加熱，而在上熱電裝置3的下側設有上緩衝裝置4內的冷卻部件15以提供冷卻側，使熱電裝置產生溫差，進而會發電，將熱能轉換為電能，產生的電能會經輸出電路的調理和控制後，輸出到電源存儲或控制電路，以備後期向負載供電。同理，下流通管13內流過熱流時，下流通管13內的溫度變高，下流通管內壁12會將熱傳遞給靠近下流通管內壁12的下熱電裝置11，使下熱電裝置11的加熱側加熱，而在下熱電裝置11的下側設有下緩衝裝置9內的冷卻部件15以提供冷卻側，使熱電裝置產生溫差，進而會發電，將熱能轉換為電能，產生的電能會經輸出電路的調理和控制後，輸出到電源存儲或控制電路，以備後期向負載供電。
當上流通管1和下流通管13中的至少一個流通熱流時，流通管內的溫度變高，管內氣壓也會變大，導致流通管內壁既產生熱脹冷縮，且又會產生向外的壓力，使流通管內部向外側施加壓力，即會擠壓緊靠熱流管內壁的上熱電裝置3或/和下熱電裝置11，而上熱電裝置3下設有上緩衝裝置4，繼而上熱電裝置3會擠壓上緩衝裝置4，上緩衝裝置4會將壓力傳遞給壓電裝置5上端；而下熱電裝置11上部設有下緩衝裝置9，繼而下熱電裝置11會擠壓下緩衝裝置9，下緩衝裝置9會將壓力傳遞給壓電裝置5下端，壓電裝置5受到壓力的作用會變形，進而會發電，將機械能轉換為電能，產生的電能會經輸出電路的調理和控制後，輸出到電源存儲或控制電路，以備後期向負載供電，如圖6所示。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發明技術方案範圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬於本發明技術方案保護的範圍內。