[实用新型]一种具有功能梯度热电臂的环形阵列温差发电器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种温差发电器，尤其是涉及一种具有功能梯度热电臂的环形阵列温差发电器。 

背景技术

温差发电是基于热电材料的塞贝克效应发展起来的一种发电技术，将P型和N型两种不同类型的热电材料一端相连形成一个PN结，并置于高温状态，另一端形成低温，则由于热激发作用，P（N）型材料高温端空穴（电子）浓度高于低温端，因此在这种浓度梯度的驱动下，空穴和电子就开始向低温端扩散，从而形成电动势，此时热电材料就通过高低温端之间的温度差完成了将高温端输入的热量直接转化为电能的过程。如果将多个PN结构成的热电偶串联起来，就可以得到高电压，形成温差发电器。 

温差发电技术的研究始于20世纪40年代，美国能源部的空间与防御动力系统办公室曾称温差发电是“被证明为性能可靠、维修少、可在极端恶劣环境下长时间工作的动力技术”。该技术是一种全固态能量转换方式，无需化学反应，因而在发电过程中具有无噪音、无磨损、无介质泄露、移动方便、体积小、质量轻、使用寿命长等优点。温差发电在航空、军事等领域得到了广泛的应用，美国和前苏联先后研制了数千个放射性同位素或者核反应堆温差发电器 ，用作空间、海洋装置的电源。随着能源危机的加速，发达国家都更加重视温差电技术在各个领域的研究，而且取得了长足的进展。国内温差发电方面的研究，主要集中在发电器理论和热电材料制备方面，但是在温差发电器的综合设计和应用方面的研究还很欠缺，因此设计出应用于不同的场合的高性能温差发电器具有非常现实的意义。目前，针对具有功能梯度的环形阵列温差发电器的研究报道很少见。 

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种具有功能梯度热电臂的环形阵列温差发电器，能利用工业余热、机动车尾气余热、太阳热能和人体温差等热能进行发电；另外，该发电器的热电臂具有功能梯度结构，可以工作在较大的温差范围内，提高了能源的利用率。 

本实用新型采用的技术方案是： 

本实用新型包括高温端热交换器、低温端热交换器、两个套筒、多个P型热电臂、与P型热电臂个数相同的N型热电臂和四个密封圈；高温端热交换器：其圆筒内中部开有多个与两端对称等分分布的翅片，与翅片相对的圆筒外开有多个等分分布的传热臂，未开有翅片的圆筒外两端分别开有等分分布的固定用螺纹孔，圆筒两端面分别开有等分分布的连接用螺纹孔；低温端热交换器：其圆筒内中部开有多个与两端对称等分分布的冷却臂，在每个冷却臂上均开有轴向第一冷却水孔，圆筒端面分别开有连接用第一通孔；高温端热交换器的传热臂的一侧从内至外分别安装第一密封圈和第二密封圈，第一套筒套在高温端热交换器的圆筒外，压在第二密封圈上定位；高温端热交换器的传热臂的另一侧套有低温端热交换器，第一密封圈和第二密封圈嵌入并贴在冷却臂一端面上，低温端热交换器与第一套筒接触；冷却臂和相邻的传热臂间均安装有一对热电偶，每对热电偶均由P型热电臂和N型热电臂串接，每对热电偶与冷却臂和传热臂之间分别装有导流片；在高温端热交换器、热电偶和低温端热交换器之间安装有隔热材料定位；将第三密封圈安装在热电偶外侧，用连接导流片依次将P型热电臂和N型热电臂串联连接，再把第四密封圈套在第三密封圈外；将第二套筒套在高温端热交换器外，并与低温端热交换器另一侧接触；依次通过第一套筒的第二通孔、低温端热交换器的第一通孔和第二套筒的第四通孔连接；冷却水管分别安装在第一套筒和第二套筒的冷却水孔上。

所述的每个P型热电臂和每个N型热电臂都具有功能梯度结构，每个热电臂均由三段不同的热电材料构成，沿着温度梯度方向依次是高温段热电材料、中温段热电材料和低温段热电材料。 

本实用新型具有的有益效果是： 

1）该发电器能利用工业余热、机动车尾气余热、太阳热能和人体温差等热能进行发电，产生的电能可以直接作为工作电源，具有节能环保的作用；

2）该发电器的热电臂具有功能梯度结构，可以工作在较大的温差范围内，提高了能源的利用率；

3）将温差发电器设计为圆筒形状，可以方便地安装在具有圆筒结构热源的一段或者外侧，也可以将若干个温差发电器串联或者并联连接，提高发电量，而且安装容易；

4）温差发电器内的热电臂为阵列结构，能够充分利用热量，提高发电器的输出功率和工作效率，应用前景十分广泛。

附图说明

图1是本实用新型的正面装配结构图。 

图2是本实用新型的反面装配结构图。 

图3是本实用新型的反面除去第一套筒的内部装配结构图。 

图4是本实用新型的正面除去第二套筒的内部装配结构图。