专利名称：一种聚焦式热电转换装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种热电转换装置，特别涉及一种能够将热能直接转化为电能的装置。
背景技术：
随着社会的不断发展，人们对能源的需求在不 断加大，能源危机已成为一个不可忽视的问题。另一方面，工业生产和生活中大量的能量以废热的形式耗散在环境中。如果能有效地利用这种废热对与能源的有效利用与减缓能源危机具有十分重要的意义。热电转换装置是一种能够将热能直接转化为电能的装置。常规的热电转换装置利用半导体的塞贝克效应直接将热能转化为电能，具有系统体积小、可靠性高、适用温度范围广等优点。但是，这种装置所发出的电电压值较低、功率较小且价格昂贵，因此其实用性受到了很大的限制。本发明利用压电陶瓷作为发电材料，利用热释电效应将热能直接转化为电能，具有输出电压高、适用范围广、价格便宜等诸多优点。
发明内容
技术问题针对传统热电转换装置输出电压值较低、功率较小和价格昂贵等局限，本发明提供了一种能够直接将热能转化为电能的装置，提高了输出电压且适用范围广、价格便宜。技术方案为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案一种聚焦式热电转换装置，该装置包括光源、菲涅尔透镜、调频装置、压电陶瓷、支架、整流器和充电电容；菲涅尔透镜将来自光源的入射光汇聚于压电陶瓷上，所述压电陶瓷固定于支架上；在菲涅尔透镜与压电陶瓷之间设有调频装置，压电陶瓷与整流器的输入端相连，充电电容与整流器的输出端相连；整流器用于将压电陶瓷所发出的交变电流转化为直流电存储于充电电容中。所述调频装置包括调速直流电机、法兰，斩光盘；调速直流电机作为驱动电机，在调速直流电机的输出轴上连接有斩光盘，在调速直流电机与斩光盘之间设有法兰；在斩光盘上设有通光孔，并且，斩光盘位于菲涅尔透镜与压电陶瓷之间，菲涅尔透镜汇聚的汇聚光光路经过通光孔。所述的菲涅尔透镜光透过率为90%，光线会聚率75-85%。所述压电陶瓷从外到里依次包括黄铜片、陶瓷层、镀银层，在银镀层上设有引线；黄铜片既作为陶瓷层的附着体，同时也是压电陶瓷的一个电极，镀银层为压电陶瓷的另一个电极。有益效果与现有的热电转换技术相比，本发明具有如下优点I)输出电压高。本发明中单片压电陶瓷输出电压最大值可达到15V左右，远高于半导体发电材料的输出电压。2)适用范围广。本发明可以采用太阳能、工业废热等作为热源，将热能直接转化为电能。3)结构简单，本发明无复杂的运动部件，结构简单。4)成本低。同半导体热电转换材料相比，压电陶瓷价格便宜，整个装置的成本也因此较低。
图I是本发明聚焦式热电转换装置的主视图。图2是本发明聚焦式热电转换装置中调频装置主视图。图3是本发明聚焦式热电转换装置中斩光盘结构图。图4是本发明新型聚焦式热电转换装置中压电陶瓷的主视图。 图5是本发明新型聚焦式热电转换装置的电路图。以上的图中有光源1，菲涅尔透镜2，调频装置3，压电陶瓷4，支架5，整流器6，可充电电容7，直流电机8，法兰9，斩光盘10，通光孔11，黄铜片12、陶瓷层13、镀银层14和引线15。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步说明。参见图1-5，本发明提供的聚焦式热电转换装置，该装置包括光源I、菲涅尔透镜
2、调频装置3、压电陶瓷4、支架5、整流器6和充电电容7。菲涅尔透镜2将来自光源I的入射光汇聚于压电陶瓷4上，所述压电陶瓷4固定于支架5上；在菲涅尔透镜2与压电陶瓷4之间设有调频装置3，压电陶瓷4与整流器6的输入端相连，充电电容7与整流器6的输出端相连；整流器6用于将压电陶瓷4所发出的交变电流转化为直流电存储于充电电容7中。所述调频装置3包括调速直流电机8、法兰9，斩光盘10。调速直流电机8作为驱动电机，在调速直流电机8的输出轴上连接有斩光盘10，在调速直流电机8与斩光盘10之间设有法兰9 ;在斩光盘10上设有通光孔11，并且，斩光盘10位于菲涅尔透镜2与压电陶瓷4之间，菲涅尔透镜2汇聚的汇聚光光路经过通光孔11。所述的菲涅尔透镜2光透过率为90%，光线会聚率75-85%。所述压电陶瓷4从外到里依次包括黄铜片12、陶瓷层13、镀银层14，在银镀层14上设有引线15。黄铜片12既作为陶瓷层13的附着体，同时也是压电陶瓷4的一个电极，镀银层14为压电陶瓷4的另一个电极。实施例I一种聚焦式热电转换装置，包括光源1，菲涅尔透镜2，调频装置3，压电陶瓷4，支架5，整流器6，可充电电容7。所述菲涅尔透镜2将来自光源I的入射光汇聚于压电陶瓷4上，所述压电陶瓷固定于支架上。在本实施例中，所述热电转换装置包括调频装置3，所述调频装置3采用可调速直流电机8作为驱动电机，在可调速直流电机8的输出轴上连接有斩光盘10，在斩光盘10上设有通光孔11，并且，斩光盘10位于菲涅尔透镜2与压电陶瓷4之间，当调频装置3工作时，斩光盘10上的通光孔11经过由菲涅尔透镜2汇聚的汇聚光光路；所述的菲涅尔透镜2光透过率达90%，光线会聚率75-85%。下面结合附图对本发明进一步说明。参见图1、2、3，本发明的聚焦式热电转换装置由光源I、菲涅尔透镜2、调频装置3、压电陶瓷4和支架5组成。其中调频装置由电机8和边缘开有通光孔11的斩光盘10组成。斩光盘10通过法兰9与电机8相连接。斩光盘10上等角度均匀的分布着通光孔11。调频装置的调制频率为电机转速与通光孔数目的乘积(f = n.m)，通过改变电机的转速或者选用通光孔数目不同的斩光盘均可以改变调频装置的调制频率。压电陶瓷固定在支架5上。调整好各部分之间的位置，使压电陶瓷5恰好位于菲涅尔透镜2的焦点处；调频装置3中通光孔11位于焦点前方，距离焦点很近，且通光孔11的中心线、焦点的中心和压电陶瓷的中心线位于同一轴线上。
光源I发出的一束平行光经菲涅尔透镜2聚焦后形成能量积聚的较小的光斑，光斑穿过调频装置3周期性的照射在压电陶瓷4上，从而使压电陶瓷4的温度周期性的变化.由于压电材料的热释电效应，在压电陶瓷4的正负极之间会形成周期性变化的电荷运动，形成电流。产生的电流变化的频率与调频装置的频率一致，调节调频装置3的频率可改变所产生的电流的频率。当调频装置3频率为零且经过菲涅尔透镜2聚焦后的光线完全通过通光孔11时，压电陶瓷4的温度恒定，其正负极之间将不产生电流。压电陶瓷4与整流器6的输入端相连，整流器6对压电陶瓷4所产生的电流进行调节，使其变为直流电流。可充电电容7与整流器6的输出端相连，存储经整流器6整流后的电能。以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。
权利要求
1.一种聚焦式热电转换装置，其特征在于，该装置包括光源(I)、菲涅尔透镜(2)、调频装置(3)、压电陶瓷(4)、支架(5)、整流器(6)和充电电容(7)； 菲涅尔透镜(2)将来自光源(I)的入射光汇聚于压电陶瓷(4)上，所述压电陶瓷(4)固定于支架(5)上；在菲涅尔透镜(2)与压电陶瓷(4)之间设有调频装置(3)，压电陶瓷(4)与整流器(6)的输入端相连，充电电容(7)与整流器(6)的输出端相连；整流器(6)用于将压电陶瓷(4)所发出的交变电流转化为直流电存储于充电电容(7)中。
2.根据权利要求I所述的聚焦式热电转换装置，其特征在于，所述调频装置(3)包括调速直流电机(8)、法兰(9)，斩光盘(10)； 调速直流电机(8)作为驱动电机，在调速直流电机(8)的输出轴上连接有斩光盘(10)，在调速直流电机(8)与斩光盘(10)之间设有法兰(9);在斩光盘(10)上设有通光孔(11)，并且，斩光盘(10)位于菲涅尔透镜(2)与压电陶瓷(4)之间，菲涅尔透镜(2)汇聚的汇聚光光路经过通光孔(11)。
3.根据权利要求I所述的聚焦式热电转换装置，其特征在于，所述的菲涅尔透镜(2)光透过率为90%，光线会聚率75-85%。
4.根据权利要求I所述的聚焦式热电转换装置，其特征在于，所述压电陶瓷(4)从外到里依次包括黄铜片(12)、陶瓷层(13)、镀银层(14)，在银镀层(14)上设有引线(15); 黄铜片(12)既作为陶瓷层(13)的附着体，同时也是压电陶瓷(4)的一个电极，镀银层(14)为压电陶瓷(4)的另一个电极。
全文摘要
本发明公开了一种聚焦式热电转换装置，该装置包括光源(1)、菲涅尔透镜(2)、调频装置(3)、压电陶瓷(4)、支架(5)、整流器(6)和充电电容(7)；菲涅尔透镜(2)将来自光源(1)的入射光汇聚于压电陶瓷(4)上，所述压电陶瓷(4)固定于支架(5)上；在菲涅尔透镜(2)与压电陶瓷(4)之间设有调频装置(3)，压电陶瓷(4)与整流器(6)的输入端相连，充电电容(7)与整流器(6)的输出端相连；整流器(6)用于将压电陶瓷(4)所发出的交变电流转化为直流电存储于充电电容(7)中。本发明具有可将热能直接转化为电能、输出电压高、环境友好、结构简单的优点。
文档编号H02J15/00GK102751911SQ20121024467
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月13日 优先权日2012年7月13日
发明者乔正辉, 吴仲武, 姚丽, 张庆, 董卫 申请人:东南大学