CN202586826U - 半导体温差发电装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种半导体温差发电装置。该装置包括：吸热器，包括吸热部及传热部，所述吸热部用于与液体热源相接触，从该液体热源吸收热量，所述传热部用于传导所述吸收部吸收的热量；散热器，位于所述液体热源外，设置于所述吸热器的传热部上；单级半导体发电芯片，位于所述吸热器的传热部及所述散热器之间，其热端连接所述传热部，其冷端连接所述散热器，其中的电偶对的高度范围为1.0mm～3.5mm；升压电路，与所述单级半导体发电芯片的电压输出端相连，用于将所述单级半导体发电芯片输出的电压值进行升压操作。本实用新型有利于避免保温密闭容器内液体热源的能量消耗散失过快，保持较大的温差，延长发电时间。
Description
技术领域
本实用新型实施例涉及发电技术，尤其涉及一种半导体温差发电装置
背景技术
半导体温差发电技术利用塞贝克(Seebeck)效应，在半导体发电芯片的热端和冷端形成温差，从而产生电能。在现有技术中，提供给半导体发电芯片的热端的热源多种多样，如：燃烧的蜡烛火焰、燃料燃烧时放出的热以及各种余热系统中产生的余热、废热（如：汽车排气管放出的热、烟道排出的废热等）。
以高温液体作为热源是半导体温差发电的一种典型实例，其相比较于其他热源有诸多优势。但是，已有技术中提供的高温液体作为热源的半导体温差发电装置也存在一定缺陷：现有技术通常采用热水作为高温液体热源，但是，即使采取了保温措施，由于产生电能时需要消耗热能，因此会造成热水温度的下降，导致半导体发电芯片热端的温度降低，热端和冷端之间的温差不断减小。使半导体温差发电装置的输出电压随着水温的变化而不稳定，无法实现长时间向待驱动的部件提供稳定和足够的驱动电压。
实用新型内容
本实用新型实施例提供一种半导体温差发电装置和照明灯，以便长时间为待驱动部件提供稳定和足够的驱动电压。
本实用新型实施例提供一种半导体温差发电装置，其中包括：
吸热器，包括吸热部及传热部，所述吸热部用于与液体热源相接触，从该液体热源吸收热量，所述传热部用于传导所述吸收部吸收的热量；
散热器，位于所述液体热源外，设置于所述吸热器的传热部上；
单级半导体发电芯片，位于所述吸热器的传热部及所述散热器之间，所述单级半导体发电芯片的热端连接所述传热部，所述单级半导体发电芯片的冷端连接所述散热器，所述单级半导体发电芯片中的电偶对的高度范围为1.0mm～3.5mm；
升压电路，与所述单级半导体发电芯片的电压输出端相连，用于将所述单级半导体发电芯片输出的电压值进行升压。
优选地，所述单级半导体发电芯片中的电偶对的高度为2.5mm。
优选地，所述升压电路的等效输入内阻与所述单级半导体发电芯片的内阻相等。
优选地，所述半导体温差发电装置还包括：用于装载液体热源的保温密闭容器，所述吸热部设置于所述保温密闭容器内，所述传热部设置于所述保温密闭容器的侧部内壁上，构成该侧部内壁的一部分。其中，所述吸热器的吸热部可以为金属胆内壁或局部金属胆内壁。
优选地，所述吸热器的吸热部为吸热片或吸热条。
本实用新型提供的半导体温差发电装置，通过将单级半导体发电芯片的电偶对的高度范围设定为1.0mm～3.5mm，使得所述单级半导体发电芯片除了具有发电功能外，还可以起到阻止保温密闭容器中的液体热源的能量通过芯片的大量输出，从而达到热量传递的缓冲目的，避免保温密闭容器内液体热源的能量消耗散失过快，保持较大的温差，延长发电时间。
附图说明
图1为本实用新型所述半导体温差发电装置实施例一的结构示意图；
图2为本实用新型所述半导体温差发电装置实施例二的结构示意图；
图3为本实用新型实施例二所述保温密闭容器的下部设置有出液口的结构示意图；
图4为本实用新型实施例二所述保温密闭容器的侧面设置有出液口的结构示意图；
图5为本实用新型所述半导体温差发电装置实施例三的结构示意图；
图6为本实用新型所述照明灯实施例的原理结构示意图。
具体实施方式
图1为本实用新型所述半导体温差发电装置实施例一的结构示意图，如图1所示，该装置包括：吸热器20、散热器30、单级半导体发电芯片40和升压电路50。其中，吸热器20包括吸热部21及传热部22，所述吸热部21用于与液体热源相接触，从该液体热源吸收热量，所述传热部22用于传导所述吸收部21吸收的热量；散热器30位于所述液体热源外，设置于所述吸热器20的传热部22上；单级半导体发电芯片40位于所述吸热器20的传热部22及所述散热器30之间，所述单级半导体发电芯片40的热端连接所述传热部22，所述单级半导体发电芯片40的冷端连接所述散热器30，如图6所示，所述单级半导体发电芯片40由P型和N型半导体的电偶对构成，该电偶对的高度h的范围为1.0mm～3.5mm，优选高度为2.5mm。升压电路50与单级半导体发电芯片40的电压输出端相连，用于将单级半导体发电芯片40输出的电压值进行升压操作。升压电路50具体是并联在半导体温差发电芯片电压输出端的正负极之间，如图1所示，经升压电路50升压后的电压值用于输出给待驱动部件，例如LED。
升压电路50可以为典型的直流/直流（DC/DC）转换电路，且优选为升压稳压电路，能够将输入的一定范围的电压值进行升压和稳压操作，输出的电压值为大致恒定的电压值，不随输入电压值的变化而变化。
当进行发电时，可以将该半导体温差发电装置设置于一个装载有液体热源的保温密闭容器的顶部进行温差发电。
本实施例所述装置以高温液体作为热源，依靠高温液体的热容在液体内部储存大量的能量实现温差发电，因此可以实现持续发电。本实施例的技术方案由于在电压输出端增加了升压电路，因而能够将单级半导体发电芯片输出的电压值按一定的比例进行提高，为待驱动部件提供足够的驱动电压。通常情况下，以50～100℃液体作为热源进行半导体温差发电的情况，单级半导体发电芯片输出的电压范围在0.7～3.0V左右。对于待驱动部件为LED的照明灯，优选通过设置升压电路的升压比例，保证经升压后的输出电压为2～5V。具体应用中也可以根据其他待驱动部件的驱动需求设置升压比例，且可通过设置升压电路的参数，使输出电压稳定在设定的电压值。
另外，通过将单级半导体发电芯片40的电偶对的高度范围设定为1.0mm～3.5mm，优选高度为2.5mm，使得所述单级半导体发电芯片除了具有发电功能外，还可以起到阻止保温密闭容器10中的液体热源的能量通过芯片的大量输出，从而达到热量传递的缓冲目的，避免保温密闭容器内液体热源的能量消耗散失过快，保持较大的温差，延长发电时间。如果该电偶对的高度低于1.0mm，则无法达到热量传递的缓冲目的；但如果该电偶对的高度高于3.5mm，则会使该单级半导体发电芯片的内阻过大，影响发电输出功率。
在本实施例中，优选设置升压电路50的等效输入内阻与单级半导体发电芯片40的内阻相等。升压电路50通常由各元器件构成，以高温液体为热源的半导体温差发电装置，其具有较大的内阻，因此，为了保证分配给升压电路50的电压值，优选是使升压电路50的等效输入内阻与单级半导体发电芯片40的内阻相等。
如图2所示，为本实用新型所述半导体温差发电装置实施例二的结构示意图，本实施例中，所述半导体温差发电装置还进一步包括保温密闭容器10，所述吸热部21设置于所述保温密闭容器10内，所述传热部22设置于所述保温密闭容器的侧部内壁上，构成该侧部内壁的一部分，以下详细说明其工作原理：
所述保温密闭容器10用于装载液体热源13，其中，该保温密闭容器10的顶部设置有液体注入口11，该液体注入口11中设置有密封保温塞12。具体地，可以从液体注入口11向保温密闭容器10的内部直接注入热液体作为所述液体热源13，或者也可以先从液体注入口11向保温密闭容器10的内部注入冷液体，通过将该冷液体与保温密闭容器10中预置的化学物质混合放热后形成热液体作为所述液体热源13。其中，所述化学物质具有遇水放热的性能，如氢氧化钠等。生成液体热源后，盖上密封保温塞12，以保持保温密闭容器10的保温性，防止热量从此处流失。
另外，如图3、4所示，所述保温密闭容器10的下部或侧面还可以进一步设置有出液口14，用于更换所述液体热源，所述出液口14上设置有放液开关15。当液体热源的温度因长时间发电而降低过多时，打开放液开关15时，使保温密闭容器10中的液体热源13排出，以更换新的液体热源；当正常发电时，关闭放液开关15时，以保持保温密闭容器10的密封性，防止液体从此处流失。
所述吸热器20包括吸热部21及传热部22，所述吸热部21设置于所述保温密闭容器10的内部，与所述液体热源13相接触，所述传热部22设置于所述保温密闭容器10的内壁上，构成该内壁的一部分。
所述散热器30位于所述保温密闭容器10的外部，设置于所述吸热器20的传热部22上或所述保温密闭容器10的外侧壁上；所述单级半导体发电芯片40位于所述吸热器20的传热部22及所述散热器30之间，所述单级半导体发电芯片40的热端连接所述传热部22，所述单级半导体发电芯片40的冷端连接所述散热器30。
当进行发电时，吸热器20的吸热部21从液体热源13吸收热量，经由传热部22将吸收的热量传递到单级半导体发电芯片40的热端，使热端的温度升高；另外，散热器30与空气换热，使单级半导体发电芯片40的冷端保持低温，从而在单级半导体发电芯片40的热端及冷端之间形成温差，利用塞贝克(Seebeck)效应使单级半导体发电芯片40发电，再通过设置引线41，即可以将生成的电能引出使用，以满足照明等用电需求。
本实施例所述装置以高温液体作为热源，依靠高温液体的热容在液体内部储存大量的能量实现温差发电，因此可以实现持续发电。
并且，由于采用液体热源，因此本实施例所述装置可以与液体热源进行一体模块化，如图4所示，可与发光二极管(Light Emitting Diode，简称：LED)照明灯连接也可充当手机的充电器。
图5为本实用新型所述半导体温差发电装置实施例三的结构示意图；在图2中，所述吸热器20的吸热部21可以为吸热片或吸热条，伸入到保温密闭容器10的内部。而在本实施例中，所述吸热器20的吸热部21也可以为金属胆内壁或局部金属胆内壁，即沿保温密闭容器10的内壁从液体热源13中吸收热量。
由于金属胆内壁或局部金属胆内壁无需伸入到保温密闭容器10的内部，因此，当从液体注入口11向保温密闭容器10的内部注入冷液体或热液体时，不会直接对吸热部21产生冲击，从而有利于避免损坏，延长使用寿命且成本低。
本实用新型实施例还提供了一种照明灯，包括LED，且还包括本实用新型任意实施例所提供的半导体温差发电装置，该单级半导体发电芯片的电压输出端通过升压电路与照明灯的电压输入端相连。
图6为本实用新型所述照明灯实施例的原理结构示意图，该照明灯中包括LED60和半导体温差发电装置，发电装置包括吸热器、散热器30、单级半导体发电芯片40和升压电路50。其中，吸热器包括吸热部21及传热部22，吸热部21用于与液体热源相接触，从高温液体热源吸收热量，传热部22用于传导吸收部21吸收的热量；散热器30位于液体热源外，设置于吸热器的传热部22上；单级半导体发电芯片40位于吸热器的传热部22及散热器30之间，例如通过空气交换实现散热；所述单级半导体发电芯片40由P型和N型半导体的电偶对构成，该电偶对的高度h的范围为1.0mm～3.5mm，优选高度为2.5mm。升压电路50与单级半导体发电芯片40的电压输出端相连，用于将单级半导体发电芯片40输出的电压值进行升压操作，供给LED60，驱动LED60点亮。
采用了本实用新型半导体温差发电装置，由于升压电路并联在单级半导体发电芯片和LED之间，由此可以对输出电压进行升压控制后再提供给LED，能够保证提供给LED的足够驱动电压。不会由于液体温度波动导致温差波动引起的输出电压大幅度变化。本实用新型实施例的照明灯可以保证其亮度的稳定性，且能够尽量延长点亮时间。
另外，通过将单级半导体发电芯片40的电偶对的高度范围设定为1.0mm～3.5mm，优选高度为2.5mm，使得所述单级半导体发电芯片除了具有发电功能外，还可以起到阻止保温密闭容器10中的液体热源的能量通过芯片的大量输出，从而达到热量传递的缓冲目的，避免保温密闭容器内液体热源的能量消耗散失过快，保持较大的温差，延长发电时间。如果该电偶对的高度低于1.0mm，则无法达到热量传递的缓冲目的；但如果该电偶对的高度高于3.5mm，则会使该单级半导体发电芯片的内阻过大，影响发电输出功率。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种半导体温差发电装置，其特征在于，包括：
吸热器，包括吸热部及传热部，所述吸热部用于与液体热源相接触，从该液体热源吸收热量，所述传热部用于传导所述吸收部吸收的热量；
散热器，位于所述液体热源外，设置于所述吸热器的传热部上；
单级半导体发电芯片，位于所述吸热器的传热部及所述散热器之间，所述单级半导体发电芯片的热端连接所述传热部，所述单级半导体发电芯片的冷端连接所述散热器，所述单级半导体发电芯片中的电偶对的高度范围为1.0mm～3.5mm；
升压电路，与所述单级半导体发电芯片的电压输出端相连，用于将所述单级半导体发电芯片输出的电压值进行升压操作。
2.根据权利要求1所述的半导体温差发电装置，其特征在于：所述单级半导体发电芯片中的电偶对的高度为2.5mm。
3.根据权利要求1所述的半导体温差发电装置，其特征在于：所述升压电路的等效输入内阻与所述单级半导体发电芯片的内阻相等。
4.根据权利要求1所述的半导体温差发电装置，其特征在于，还包括：用于装载液体热源的保温密闭容器，所述吸热部设置于所述保温密闭容器内，所述传热部设置于所述保温密闭容器的侧部内壁上，构成该侧部内壁的一部分。
5.根据权利要求4所述的半导体温差发电装置，其特征在于，所述吸热器的吸热部为金属胆内壁或局部金属胆内壁。
6.根据权利要求1～5中任一所述的半导体温差发电装置，其特征在于，所述吸热器的吸热部为吸热片或吸热条。
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