技术领域
[0001] 本公开涉及温差发电领域，具体涉及一种温差发电器。
背景技术
[0002] 本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
[0003] 温差发电器，是一种基于热电材料
塞贝克效应的静态发电器件，具有结构简单，体积小，寿命长，无运动部件，无噪声等特点。然而，现有的温差发电器因材料性能和结构的限制导致热电转换效率不高，成为温差发电器与其他发电方式相比的一个严重短板。在制约温差发电器效率的众多因素中，目前人们更多关注的是
半导体材料的研究，例如在半导体材料中掺杂微量的其它元素等，这种方式已被证明具有一定的提升半导体热电转换效率的作用，但提升的幅度同样受到了限制，在短时间内难以出现巨大的突破。同时，现有的温差发电器因其使用
温度较高，一些热电性能良好但无法耐受高温的材料在使用上受到了很大限制，也导致了高温工况下的热电转化效率很难进一步提升。
发明内容
[0004] 为了解决上述问题，本公开提出了一种温差发电器，具有受热端高度集成、可用于高温工况、冷热端分离、发电效率较高、布置使用方便等优点。
[0005] 为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
[0006] 本公开提供一种温差发电器，包括热端模
块、冷却端模块和模块
连接线；
[0007] 所述热端模块包括n对
热电偶微组件，所述冷却端模块包括n对热电偶组件，[0008] 1对热电偶微组件包括1个N型半导体微元件和1个P型半导体微元件，第m对热电偶微组件中N型半导体微元件和P型半导体微元件分别通过模块连接线与冷却端模块中第m对热电偶组件中N型半导体元件和P型半导体元件对应连接；
[0009] 冷却端模块中第m对热电偶组件中N型半导体元件与第m+1对热电偶组件中P型半导体元件连接，第m+1对热电偶组件中P型半导体元件与第m+1对热电偶微组件中P型半导体微元件连接；其中，n为大于等于1的整数，m为大于等于1并且小于等于n-1的整数；
[0010] 冷却端模块第一个P型半导体元件的首端和最后一个N型半导体元件的末端通过输出线与外部储能装置连接。
[0011] 作为可能的一些实现方式，所述热端模块还包括吸热
基板和热端
电路板，所述热端
电路板上设有2n个均匀排列的贴合位，N型半导体微元件和P型半导体微元件交叉且间隔分布在热端电路板的贴合位上；第一个P型半导体微元件和第一个N型半导体微元件组成第1对热电偶微组件，依次向后排列，共组成n对热电偶微组件。
[0012] 作为可能的一些实现方式，所述吸热基板内侧设有电路，吸热基板内侧为靠近热端电路板的一侧，所述吸热基板通过电路将每一对热电偶微组件中的N型半导体微元件和P型半导体微元件连接起来。
[0013] 作为可能的一些实现方式，所述热端电路板设有一个或多个热端模块
接口，N型半导体微元件和P型半导体微元件靠近吸热基板的一端通过电路间隔连接，另一端连接至热端电路板上的热端模块接口，所述热端模块接口与模块连接线的一端连接。
[0014] 作为可能的一些实现方式，所述冷却端模块包括冷却端电路板和冷却端换热片，P型半导元件和N型半导体元件并且交叉且间隔的设置于冷却端电路板和冷却端换热片之间。
[0015] 作为可能的一些实现方式，所述冷却端换热片靠近N型半导体元件和P型半导体元件的一侧设有电路，所述N型半导体元件和P型半导体元件靠近冷却端换热片的一端通过电路间隔连接。
[0016] 作为可能的一些实现方式，所述冷却端电路板设有一个或多个冷却端模块接口，N型半导体元件和P型半导体元件靠近冷却端电路板的一端连接至冷却端模块接口，所述冷却端模块接口通过模块连接线与所述热端模块接口连接。
[0017] 作为可能的一些实现方式，热端模块与冷却端模块存在温度差时，热端模块的热电偶微组件与冷却端模块的热电偶组件连接，构成回路，
[0018] 即第一个P型半导体元件通过模块连接线连接至热端模块的第一个P型半导体微元件，热端模块的第一个P型半导体微元件通过吸热基板上的电路与第一个N型半导体微元件连接，第一个N型半导体微元件再次通过模块连接线与冷却端模块的第一个N型半导体元件连接，依次类推，直到流经至最后一个N型半导体元件，冷却端模块通过输出线连接外部储能装置，完成发电。
[0019] 与
现有技术相比，本公开的有益效果为：
[0020] 本公开提供了一种新型的温差发电器，该温差发电器热端高度集成，可以在有限的加热面积上布置更多半导体微元件，发电效率更高，且不受传统热电臂长度和截面积比值的限制。
[0021] 本公开的温差发电器热端模块和冷却端模块相互分离，有效降低了两端的直接热量交换，减少了热量损失，并使温差发电器的布置方式更加灵活；同时本公开的结构允许热端和冷却端采用不同的半导体材料，热端采用耐高温的半导体，冷端则采用冷却温度下热电性能较好的材料，解决了现有温差发电器耐受温度受限的问题。
[0022] 本公开的温差发电器热端模块可以制成任意形状或柔性材质，能适应更多的工况需求，也适用于表面形状会发生变化的场合。
[0023] 本公开的各个组成部件均可批量化机械生产，能够有效降低生产成本。
附图说明
[0024] 构成本公开的一部分的
说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性
实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
[0025] 图1为本公开温差发电器结构示意图；
[0026] 图2为本公开电路连接结构示意图；
[0027] 其中，1、热电集成电路板，2、吸热基板，3、热端模块接口，4、保温层，5、模块连接线，6、冷却端电路板，7、冷却端换热片，8、P型半导体元件，9、N型半导体元件，10、冷却端模块接口，11、输出线，12、热端模块，13、冷却端模块，14、P型半导体微元件，15、N型半导体微元件。具体实施方式：
[0028] 下面结合附图与实施例对本公开做进一步说明。
[0029] 应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0030] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0031] 如背景技术中所述，温差发电器是一种基于热电材料塞贝克效应的静态发电器件，塞贝克效应又称作第一
热电效应，是指由于两种不同电导体或半导体的温度差异而引起两种物质间的
电压差的热电现象。在两种不同的金属或导体构成的回路中，如果两个
接触点的温度不同，则在回路中产生
电流，称为热电流，该效应便成了温差发电的技术
基础。由于现有温差发电器存在的因材料性能和结构限制所存在的
缺陷，本公开提出了一种温差发电器，具有受热端高度集成、可用于高温工况、冷热端分离、发电效率较高、布置使用方便等优点。
[0032] 实施例1
[0033] 如图1所示，本公开提供一种温差发电器，包括热端模块12、冷却端模块13，所述热端模块12通过模块连接线5与冷却端模块13连接，实现冷热端分离；所述冷却端模块13连接输出线11，用于连接到外部调压或储能等装置，将所发
电能输出到外部调压或储能等装置。
[0034] 所述热端模块12包括热端电路板1、吸热基板2和2n个半导体微元件；n为大于等于1的整数；
[0035] 所述热端电路板1为高集成度的热电集成电路板；
[0036] 所述热端电路板上设有2n个均匀排列的贴合位，与2n个半导体微元件一一对应；所述半导体微元件为N型半导体微元件15和P型半导体微元件14，所述N型半导体微元件15和P型半导体微元件14交叉且间隔分布在所述贴合位上；
[0037] 每个P型半导体微元件14与其相邻的半导体微元件间均留有间隙，并不互相接触，同样，每个N型半导体微元件15与其相邻的半导体微元件间均留有间隙，并不互相接触；
[0038] 第一个P型半导体微元件14和第一个N型半导体微元件15组成第1对热电偶微组件，依次向后排列，共组成n对热电偶微组件。
[0039] 所述吸热基板2为内侧加工有电路的平板，吸热基板2内侧为靠近热端电路板1的一侧；所述吸热基板2通过电路将每一对热电偶微组件中的N型半导体微元件和P型半导体微元件连接起来；
[0040] 所述N型半导体微元件15和P型半导体微元件14靠近吸热基板2的一端通过导体电路连接，另一端分别连接至热端电路板1上的热端模块接口3；
[0041] 热端电路板1设有一个或多个热端模块接口3，所述热端模块接口3与模块连接线5的一端连接；
[0042] 热端电路板1的2n个贴合位上分别设有用于连接半导体微元件和热端模块接口的电路，N型半导体微元件15和P型半导体微元件14分别通过电路连接至热端电路板1上的热端模块接口3，并通过模块连接线5与冷却端模块13相连。
[0043] 所述热端模块12外部设有保温层4，所述保温层设置于热端模块四周和靠近热端电路板1的外侧，用于减少热量损失；
[0044] 当热端模块整体表现为硬性材质时，所述保温层可采用硬性或柔性保温材料；当热端模块整体表现为柔性材质时，所述保温层也采用柔性保温材料。
[0045] 此外，由于温差发电器使用温度较高，要充分考虑因温度变化导致不同材质变型程度不用，必须平衡应
力维持长时间使用结构不发生变化，而且还要使得热端集成度高，提高发电效率；
[0046] 所以热端模块采用的半导体元件尺寸要远小于冷端模块半导体元件尺寸，例如在本实施例中，采用微
电子加工技术制成半导体元件的电路板，即N型半导体微元件和P型半导体微元件交叉间隔分布在热端电路板上，这样使热端集成度更高，在有限的热端面积上布置更多热电元件，增加发电效率。
[0047] 所述冷却端模块13包括冷却端电路板6、冷却端换热片7和2n个半导体元件，[0048] 所述冷却端电路板6为集成电路板，所述半导体元件为N型半导体元件9和P型半导元件8；
[0049] 所述N型半导体元件9和P型半导元件8交叉且间隔的设置于冷却端电路板6和冷却端换热片7之间；
[0050] N型半导体元件9和P型半导体元件8一端设置于冷却端电路板上，所述冷却端电路板上设有2n个均匀排列的贴合位，与2n个半导体元件一一对应；所述N型半导体元件9和P型半导体元件8交叉且间隔分布在所述贴合位上；第一个N型半导体元件9和P型半导体元件8组成第1对热电偶组件，依次向后排列，共组成n对热电偶组件。
[0051] N型半导体元件9和P型半导体元件8另一端设置于冷却端换热片7上，所述冷却端换热片7靠近N型半导体元件9和P型半导体元件8的一侧设有电路，所述冷却端换热片7通过电路将第一对热电偶组件中N型半导体元件和第二对热电偶组件中P型半导体元件连接起来，依次类推，N型半导体元件9和P型半导体元件8靠近冷却端换热片7的一端通过导体间隔连接，第m+1对热电偶组件中P型半导体元件与第m+1对热电偶微组件中P型半导体微元件连接，m为大于等于1并且小于等于n-1的整数。
[0052] 所述冷却端电路板6设有一个或多个冷却端模块接口10，N型半导体元件9和P型半导体元件8靠近冷却端电路板的一端连接至冷却端模块接口10，所述冷却端模块接口10通过模块连接线5与所述热端模块接口3连接；
[0053] 冷却端电路板上N型半导体元件9和P型半导体元件8连接至冷却端模块接口10，通过模块连接线5，与热端模块接口3处连接的N型半导体微元件15和P型半导体微元件14相连；
[0054] 冷却端电路板上第一个N型半导体元件通过模块连接线5与热端电路板上第一个N型半导体微元件连接，冷却端电路板上第一个P型半导体元件通过模块连接线5与热端电路板上第一个P型半导体微元件连接；所以冷却端模块上2n个半导体与热端模块上2n个半导体微元件通过模块连接线一一对应连接。
[0055] 冷却端电路板第一个半导体元件的首端和最后一个半导体元件的末端分别与所述输出线11的正负级连接。
[0056] 所述冷却端模块可与外部的冷却换热器贴合，冷却换热器可采用
风冷或
水冷等多种形式。
[0057] 所述冷却端模块尺寸远大于热端模块且与热端模块分离，能够在热端模块高度集成的情况下实现冷却端的大尺寸高效
散热，同时避免了冷热两端的直接热量交换。
[0058] 在本实施例中，热端模块与冷却端模块存在温度差时，热端模块的热电偶微组件与冷却端模块的热电偶组件连接，构成回路，回路中产生电流，即第一个P型半导体元件通过模块连接线连接至热端模块的第一个P型半导体微元件，热端模块的第一个P型半导体微元件通过吸热基板上的电路与第一个N型半导体微元件连接，第一个N型半导体微元件再次通过模块连接线与冷却端模块的第一个N型半导体元件连接，依次类推，直到电流流经至最后一个N型半导体元件，冷却端模块通过输出线连接外部调压或储能等装置，完成发电。
[0059] 以上仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
[0060] 上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或
变形仍在本公开的保护范围以内。
