水冷式温差发电模组的制作方法

本发明涉及一种发电装置，尤其是一种利用太阳光加热温差发电芯片进行发电的模组。

背景技术：

温差发电是以塞贝克效应为基础的，它由N、P两种不同类型的半导体热电材料经过导电性好的导流片串联而成，当热端加热时，使器件的两端建立起温差，两种载流子都流向冷端，形成温差发电器。温差发电芯片具有众多独特的优点：安全可靠，使用寿命长，维护费用低，没有噪声，可以利用太阳能、放射性同位素辐射等热源，能适应任何特殊气候的地区使用。

在现有技术中，已公开有利用太阳能温差发电片进行发电的装置，如在公告号为CN202053502U的一种聚光型太阳能温差发电装置，包括菲涅尔透镜、集热器、半导体温差发电片、水冷系统和支架，其中，所述菲涅尔透镜固定在支架上，所述半导体温差发电片设置与菲涅尔聚光透镜光路上，其上表面和表面分别紧贴有所述集热器和水冷系统，太阳光入射到所述菲涅尔聚光透镜，被其汇聚后聚焦到所述集热器上，该集热器将吸收太阳光的光能转换成热能，在半导体温差发电片的上表面形成高温端，所述水冷系统在半导体温差发电片的下表面形成低温端，通过该半导体温差发电片的上下两个表面形成的温度差即可产生电能。

该专利的技术方案中，采用菲涅尔聚光透镜，具有体积小、厚度薄、易安装、聚光效率高等特点，可以直接将太阳能光能转换成热能并通过导热的方式直接传递给半导体温差发电片，结构简单、效率高、成本低、效率高。装置无污染、寿命长、安装简单、可以作为补偿能源用于风光互补发电等各种联合供电系统中。

但是该专利中，也存在一些不足：例如在结构上没有采用模块化的设计思路，将造成后期多个发电装置同时工作时连接拓展的不便，另一方面，在发电装置的批量生产上，没有采用模块化的设计，将不利于生产效率的提高，以及主要零部件的通用。另外，支架与水冷系统等没有进行部件组合，造成了部件数量的增加，从而影响到生产效率和成本。

技术实现要素：

本发明针对上述不足，提供一种同利用太阳能加热温差发电芯片的热端，同时温差发电芯片的冷端固定有水冷器，通过温差发电芯片热端与冷端之间的温差进行发电的装置。

为了实现上述目的，本发明采用水冷式温差发电模组的技术方案是：一种水冷式温差发电模组，包括有温差发电芯片，所述温差发电芯片的热端表面设置有保护层，温差发电芯片的冷端固定于基板上。

所述基板表面设置有绝缘层，绝缘层上设置有电路层，所述电路层与温差发电芯片的电极相连接。

所述基板为铝基板，铝基板表面制作有可焊接层，温差发电芯片的冷端焊接在所述的可焊接层，温差发电芯片的电极与可焊接层表面的绝缘层上的电路层相连接。

所述温差发电芯片热端表面与保护层间设置有吸热镀膜，所述吸热镀膜覆盖在保护层的表面，温差发电芯片、保护层、吸热镀膜和基板构成一温差发电结构。

所述基板固定或焊接于水冷器的凹槽底部平面。

所述水冷器的凹槽内侧面设置有隔热材料。

所述水冷器为截面类似型的长方体结构。

所述水冷器的凹槽开口处设置有聚光透镜，聚光透镜位于保护层的上方。

所述水冷器凹槽内部空间中设置有呼吸器。

所述的水冷器两侧分别设置有类似U型的开槽，两侧开槽方向相反，分别为垂直朝上和垂直朝下。

本发明的有益效果：

采用模块化的设计思路，本发明主要有温差发电结构、水冷器和聚光透镜等主要部件组成，温差发电结构可以先进行批量和专业化的生产，然后将再将温差发电结构、聚光透镜等主要部件先后安装到水冷器上，从而形成一个完整的温差发电模块。

水冷器两侧的U字形开槽可以将多个温差发电模块进行自由组合，从而温差发电模组发电功率的拓展，进一步扩大产品的适用性和应用范围。

温差发电结构表面设置的保护层，可以有效对温差发电结构表面进行良好的密封，从而保护内部温差发电芯片、基板等部件的电气连接，从而提高温差发电结构的稳定性。

在保护层的表面设置吸热镀膜，其位于温差发电芯片热端与保护层之间，可以更加有效的聚集太阳光产生的热能，而在凹槽内侧面设置有隔热保温材料，也有利于防止太阳光产生热量的流失；在温差发电芯片冷端焊接有基板，而基板焊接在水冷器凹槽底部平面，从而减少温差发电芯片与水冷器之间的热阻；通过以上温差发电芯片热端与冷端的结构优化，可以加大热端与冷端的温差，从而实现温差发电效率的提升。

内置呼吸器的结构，可以有效减少聚光透镜与温差发电结构之间密闭空间由于热胀冷缩，保持空间良好的密封性。

本发明的结构简单，模块化设计，适用于大批量的工业化生产，有助于生产成本的降低和产品的应用推广。

附图说明

图1为本发明的一优选实施例的立体示意图；

图2为本发明的一优选实施例中心处的横向剖面示意图；

图3为本发明的一优选实施例组合应用的示意图。

具体实施方式

如图1、2所示，本发明的优选实施例主要由温差发电芯片1、吸热镀膜2、保护层3、基板4、隔热材料5、聚光透镜6、水冷器7、U型槽8、螺丝孔9、鳍片10等组成。其中，在温差发电芯片1的热端表面与保护层3之间设置有吸热镀膜2、所述吸热镀膜2制作在保护层3的表面，温差发电芯片1的冷端固定于基板4，温差发电芯片1、吸热镀膜2、保护层3和基板4构成温差发电结构a。

吸热镀膜2主要是由吸热材料组成，其一般通过电镀的方式制作在保护层2的表面，作用是尽量吸收太阳光中的热能，减少太阳光的反射等损失，从而使太阳光产生的热能以更高的效率被温差发电芯片1转化为电能，如果对于发电效率要求较低，考虑到生产成本，可以选择不采用吸热镀膜2，即在温差发电芯片1的热端表面直接设置保护层3。

基板4为一金属或陶瓷等高导热材料制作的平板，主要是作为温差发电结构a的安装平台和温差发电芯片1的冷端传导介质。基板4的设置，将温差发电芯片1、吸热镀膜2、保护层3、基板4等组合成一温差发电结构a，更进一步将温差发电结构a作为一个模组结构，进行批量和专业化的生产后，作为一个部件应用到实施例中，从而促进分工的精细化和专业化，提高生产效率。

基板4一般优选铝、铜及其他们的合金，或是陶瓷材料制作，例如可以在基板4表面设置有绝缘层，绝缘层上设置有电路层，电路层与温差发电芯片1的电极相连接。通过基本4表面设置的绝缘层和电路层后，在生产过程中，只需要将温差发电芯片1安装在基板4上的指定位置，即可以实现温差发电芯片1的固定和电气连接，优选采用自动回流焊或是加热台的方式进行生产，从而有助于提高生产效率。

绝缘层具有良好绝缘效果，并导热性能良好的一层，一般采用搪瓷层或三氧化二铝的氧化层，厚度为0.8～1.5微米。所谓搪瓷，是将含有无机玻璃质的材料通过熔融凝于基体金属上并与金属牢固结合在一起的一种复合材料。搪瓷层的绝缘性能良好，通过添加其他高导热性材料的，使其同时具有良好的导热性。

基板4优选为铝基板，铝基板为铝合金材料制作的平板。由于铝基板与其他金属难以实现焊接，因此其技术解决路线如下：先在铝基板表面制作有可焊接层，温差发电芯片1的冷端焊接在所述的可焊接层，温差发电芯片1的电极与可焊接层表面的绝缘层上的电路层相连接。

可焊接层的制作方式为电镀、印刷、复合或喷涂，通过实际试验和对比，优选采用热喷涂的方式，喷涂材料优选采用铜及其合金，两者具有较好的焊接强度和耐久度，适合于批量化生产。

绝缘层可以直接制作在可焊接层的表面，再在绝缘层上制作电路层。或者是采用软性线路板或玻纤板，在软性线路板或是玻纤板上制作电路层。本实施例的绝缘层优选采用软性线路板或玻纤板，因为其制作技术成熟、结构简单，电路层可以先直接在软性线路板或玻纤板上制作完成后，直接在安装在基板4的表面。

可焊接层在热喷涂的过程中，可以局部定点喷涂或是全部喷涂。采用全部热喷涂，不需要制作夹具等辅助配件，可以直接喷涂操作；采用局部定点热喷涂，相对于全部喷涂，则需要制作专业的夹具，并控制好喷涂的准确度。

基板4固定或焊接于水冷器7的凹槽底部平面，使温差发电芯片1的冷端通过基板4与水冷器7进行冷传导。基板4如采用机械固定方式，对于售后维修或拆装具有较大的便利性，但冷传导的效率相对与焊接会较低；基板4如采用焊接方式，冷传导的效率相对会有所提升，但后期拆装维修会带来较大的不便。

水冷器7一般采用导热系数高、热阻小，受热后能够快速将热量传导和均匀分布的物体或装置，常用的为铜、热管、铝合金、相变材料、碳纤维、石墨烯等中的一种金属、非金属或装置。在本实施列中，水冷器7优选采用自然散热，采用铝合金材质，由于铝合金材料具有较高导热系数，在230W/mK左右，而且金属稳定性较好，成本较低，通过铝挤压等工艺便于成型。

本实施例中，水冷器7为截面类似型的长方体结构，其中水冷器7上方的开口凹槽用于固定温差发电结构a，并在凹槽开口处设置固定有聚光透镜6，使聚光透镜6位于保护层3的上方，在凹槽内侧面设置有隔热材料5。水冷器7的下方为一个截面方形的水冷腔，内部设置有鳍片10，鳍片10的表面设置有细小的凹凸面，以增加鳍片10的表面积，扩大水冷腔内部液体与鳍片10的接触面，从而提高冷热交换的效率。在水冷器7的内部设置有众多的螺孔槽9，侧盖通过螺孔槽9进行密封固定，从而实现水冷器7的上方凹槽和下方水冷腔密闭。

聚光透镜6在本实施例中优选采用菲涅尔透镜，但考虑到不同的应用领域和环境，同样可以采用凸透镜，使不同方向照射的太阳光能较好的聚焦在温差发电芯片1热端表面的方向。

保护层3为高透光率的树脂或其他塑料，对温差发电结构a表面进行良好的密封，从而保护内部温差发电芯片1、基板4等部件的电气连接，从而提高温差发电结构的稳定性。

隔热材料5为导热系数低、耐高温、稳定性高的材料，优选采用保温涂料等，采用喷涂方式固定于水冷器7的凹槽内侧面。其主要作用是防止水冷器7上方的凹槽内部与外部之间的热传导或热辐射，有利于温差发电芯片1热端温度的保持和上升。

所述的水冷器7两侧分别设置有类似U型的开槽8，两侧开槽8的方向相反，分别为垂直朝上和垂直朝下，从而方便对多个温差发电模组组合应用，实现发电功率的拓展，进一步扩大产品的适用性和应用范围。

如图3所述，本发明中两个温差发电模组的组合应用示意图。在水冷器7的两侧通过螺孔槽9固定有侧盖11，从而实现两侧的密封。在水冷器7的凹槽内部空间中设置有呼吸器12，安装位置固定于侧盖11上。呼吸器12主要是在上述空间受冷后，空间变小的情况下，通过呼吸器12吸入空气，同样的，如果上述空间受热膨胀，则通过呼吸器12呼出空气，从而达到内外空间的压力平衡，保持空间的气密性。

在每个模组的侧盖11上分别设置有管道14，分别为流入管道和流出管道，并连接到总流入管道和总流出管道，总流入管道与总流入口15连接，总流出管道与总流出口16连接，总流入口15与总流出口16分别连接电机等动力装置(包括散热)，进行流动循环。

两个模组内部的导线13从侧盖11上引出，通过防水接头进行相互连接，形成一根电能输出的总线路。

通过水冷器7两侧的类似U型开槽8，实现模组间的结构连接，通过管道14的设置，实现模组间的水冷循环，通过侧盖11引出的导线13，实现模组间的电气连接，通过上述三个连接，使两个模组有效的组合起来，实现多个模组发电功率的拓展。

以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在技术方案范围内进行的通常变化和替换都应该包括在本发明的保护范围内。