專利名稱：固態溫差發電板及其裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種固態溫差發電板及其裝置。 背景琺術
近來資源的消耗增加與環境的惡化，造成許多不良影響，如何有效的利用能源，成 為極為重要的個課題，而現今的發電手段中，發電量大的方法，其二氧化碳產生的也越 多，對環境的影響也越大，且使用上限制的也多，因此，此為了可以抑制二氧化碳的發 生，并開發新的能源來源，便有業者開發出新的發電方式，為一利用會產生廢熱的裝置 排熱來發電用的熱電組件，將原本在電流下會產生吸熱或放熱的效應，進而達到以電生 熱或制冷的現象的熱電組件，轉換為只要有排熱，即可輸出電，也就是將通電后能夠冷 卻的熱電組件，轉換成有溫度差即可發電的熱電組件，其熱電組件系以將P型熱電組件
(p型半熱電導體)和n型熱電組件(n型熱電半導體)交替的串聯連接之熱電變換模塊，主 要在高溫的環境下，才有較佳的發電效率。
現今一般的熱電組件，幾乎為半導體材質所構成，雖然熱電模塊具有固態優點，但 也有諸多缺點，如普遍效率低(熱電變換效率為7~8%)、易損壞且體積大，傳統熱電模塊 的大尺寸、分離式特性、與其發電時需要在較高的溫度下才能正常運作(約2501C),而 能在常溫下運作的熱電組件，其發電效率低下，且壽命有限，故障率與制造成本皆偏高， 并且其使用的范圍較小，難以大量設置使用，且故障后不能維修，亦不能回收再利用。
有鑒于此，如何提高發電效率與降低制造成本，延長使用壽命，讓尺寸多元化，而 不需要在較高的溫度下便能發電，并增加使用范圍，且能回收再利用，便成為本發明欲 改進的目的。
發明內容
本發明的目的在于提供一種能由數列不同材貭金屬或合金導線間的熱電耦效應，利 用溫差進行發電的固態溫差發電板及其裝置。 本發明是采用以下技術手段實現的
一種畫態溫差發電板(l),包括 一板形絕緣體(3):—發電裝置(2)，在一絕緣體(3) 的頂面及底面分別設置多列的第一導線(20)與第二導線(21),其多列的第一導線(20)與 第二導線(21)兩端設置在絕緣體(3)的兩側端并相互連接，形成多個生電點(2a) (2b);
該第一導線(20)與第二導線(21)是以不同金屬或合金材質對應及
二分別與第一導線(20)與第二導線(21)連接且將正、負電流導出的導電線(6a) (6b)。
根據上述的固態溫差發電板(1)，對應的第一導線(20)與第二導線(21)是以下列其一 材貭選配鉻鎂、鋁鎂鎳銅、鐵鉑銠、鉑。
根據上述的固態溫差發電板(1),其特征在于:至少兩個將前述多個生電點(2a) (2b) 覆蓋在內的導熱體(4);及一除了生電點(2a) (2b)外而將前述第一導線(20》與第二導線 (21)完全覆蓋的絕熱體(5):前述導熱體(4)是由一將多個生電點(2a) (2b)包覆在內的 絕緣層(41)、一將絕緣層(41)包覆在內的導熱層(40)、一將導熱層(40)與生電點(23a、 23b)之間空隙填滿且能傳導熱能的導熱膠(42)所組成。
本發明還可以采用以下技術手段實現-
—種固態溫差發電板(l),包括 一板形絕緣體(3);—發電裝置(2),是在絕緣體(3) 的單面或兩面設置多列且交錯的第一導線(20)與第二導線(21),其多列的第一導線(20) 與第二導線(21)兩端設置在絕緣體(3》的兩側端并相互連接，形成多個生電點(2a) (2b); 該第一導線(20)與第二導線(21)是以不同金屬或合金材質對應，且經納米或微米化處理:
至少兩個將前述多個生電點(2a) (2b)覆蓋在內的導熱體(4);及一除了生電點(2a) (2b)外而將前述第一導線(20)與第二導線(21)完全覆蓋的絕熱體(5)。
根據上述的固態溫差發電板(l》，其特征在于第一導線(20)與第二導線(21)的材質 組合選自下列其一鉻鎂、鋁鎂鎳銅、鐵鉑銠、鉑。
根據上述的固態溫差發電板(1),第一導線(20》與第二導線(21)是由積層制程技術制 造的金屬薄膜。
根據上述的固態溫差發電板(l)，導熱體(4》是含有金屬顆粒的導熱樹脂。 本發明的另一技術手段實現方式-
—種固態溫差發電裝置，包括復數個固態溫差發電板(l)，將各固態溫差發電板(l) 兩端導出正、負電流的導電線(6a) (6b)相互連接以形成主導電線(6a) (6b):及設置 在上述復數個固態溫差發電板(l)單側或兩側并與其接觸，且熱傳導系數良好的固定基板
(9)。
根據上述的固態溫差發電裝置，國態溫差發電板(l)的構造包括 一板形絕緣體(3);
一發電裝置(2)，是在一絕緣體(3)的頂面及底面分別設置多列的第一導線(20)與第 二導線(21),其多列的第一導線(20)與第二導線(21)兩端設置在絕緣體(3)的兩側端并相 互連接，形成多個生電點(2a) (2b):該第一導線(20)與第二導線(21)是以不同金屬或 合金材質對應；及
二分別與第一導線(20)與第二導線(21)連接且將正、負電流導出的導電線(6a) (6b)。
根據上述的固態溫差發電裝置，固態溫差發電板(l)的構造包括一板形絕緣體(3);
一發電裝置(2),是在一絕緣體(3》的頂面及底面分別設置多列的第一導線(20)與第 二導線(21),其多列的第一導線(20)與第二導線(21)兩端設置在絕緣體(3)的兩側端并相 互連接，形成多個生電點(2a) (2b):該第一導線(20)與第二導線(21)是以不同金屬或 合金材質對應，且經納米化或微米處理；
至少兩個將前述多個生電點(2a) (2b)覆蓋在內的導熱體《4);及一除了生電點(2a) (2b)外而將前述第一導線(20》與第二導線(21)完全覆蓋的絕熱體(5)。
本發明與現有技術相比，具有以下明顯的優勢和有益效果
1. 因使用一般常見的金屬做為發電材料之用，在制造成本上較為低廉，而制造程序 上，困難度較低，且整體的發電效率較高，亦較不容易損壞或故障。
2. 整體的構造簡單，能大量制造，制造的尺寸大小，可隨裝置的不同，進行變更， 故可適用于個各種大小的規模或是范圍區域中使用。
3. 其操作溫度范圍的上限與下限，比一般現今的半導體熱電組件的2501C一常溫1C 的范圍大，可于-2731Cw300TC的環境下進行操作，能適用于各種裝置及不同區域，無現 今一般的熱電組件，需要在髙溫環境下操作，或是發電量微弱的問題。
4. 整體的使用壽命長，無動態組件，故障的機率低，且無二次公害的問題，當有故 障或是損毀時，能將其回收再重新制造，對資源的消耗達到最低。
5. 將不同金屬或合金材質的第一導線(20)與第二導線(21)，使其熱電材料納米化為 納米尺度結構或微米化，因為納米結構的熱電材料會具有新的物理及性質、產生新的界 面及現象，而微米化后能方便進行芯片化，能提升發電的效率，更能較一般的半導體熱 電組件，更為節省制造成本。
附閨說明
圖h本發明的立體示意國 圖2:本發明的立體部分剖示圖 圖3:為圖2的部分剖示圖 圖4:為
圖1的X-X全剖視圖； 圉5:為圖1的Y-Y全剖視國 圖6:本發明的俯視圖
圖7:本發明固態溫差發電裝置的實施示意圖
圖8:本發明另一實施例的立體示意圖 圖9:為圖8的Z-Z全剖視圖
圖10:本發明另一實施例國態溫差發電裝置的實施示意圉a
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的具體實施例加以說明-
如圖l所示，為本發明的立體示意圖、如圖2所示，為本發明的立體部分剖示圖、如圖3 所示，為圖2的部分剖示圖、如圖4所示，為圖1的X-X全剖視圉、如圖5所示，為圖1的Y-Y全剖 視圖、如圖6所示，為本發明的俯視圖。
圖中揭示出一種固態溫差發電板(l),包括在一絕緣體(3)的頂面及底面分別設置 多列的第一導線(20)與第二導線(21),其多列的第一導線(20)與第二導線(21)兩端設置 在絕緣體(3)的兩側端并相互連接，形成多個生電點(2a) (2b);該第一導線(20)與第二 導線(21)是以不同金屬或合金材質對應；及二分別與第一導線(20)與第二導線(21)連接 且將正、負電流導出的導電線(6a) (6b),
主要利用該不同金屬或合金材質的第一導線(20)與第二導線(21)所形成的熱電偶裝置放 入一個有溫度梯度(即頂部比底部鋭的環境中時，就會產生熱電發電(T蹈現象，在這種情況 下，因塞貝克(Seebedc)效應，該裝置會產生電流，將熱能轉換為電能-
其次，在相同的面積下，第一導線(20)與第二導線(21)的設置量，以導線的線寬決定， 故比現今的龐大半導體熱電組件，能有較高的設置數量再者，產生電流為熱電偶的兩端， 因為第一導線(20)與第二導線(21)有較髙的設置數量，故擁有更多的生電點(2a) (2b),其 發電效率也就更大。
上述固態溫差發電板(l)更設有至少兩個將前述多個生電點(2a) (2b)覆蓋在內的導 熱體(4);及一除了生電點(2a) (2b)外而將前述第一導線(20)與第二導線(21)完全覆蓋 絕熱體(5)。其中，導熱體(4)除了將熱量傳入之外，更能將生電點(2a) (2b》完整的保
護，避免發電裝置(l)受到損壞，
其次，絕熱體(5)能將第一導線(20)與第二導線(21)完全保護，能使多個生電點(2a) (2b)的熱量不會直接透過第一導線(20)與第二導線(21)傳導，避免使所有的生電點(2a) (2b)溫度相同而使發電裝置(l)無法發電，
上述該導熱體(4)是由一將生電點(2a) (2b)包覆在內的絕緣層(41)、一將絕緣層 (41)包覆在內的導熱層(柳、一將導熱層(40)與生電點(2a) (2b)之間空隙填滿且使熱 量能傳導的導熱膠(42)所形成其最簡單的使用方式，是僅使用一絕緣層(41)，以避免 多個生電點(2a) (2b)因接觸導熱層(40)而相互傳導失去功用，并且在不影響其發電效
率的狀態下，使用導熱膠(42)來傳導熱量a
上述面態溫差發電板(1)兩端具有將發電裝置(2)正、負電導出的導電線(6a》(6b): 其中，導電線(6a)連接發電裝置(2)—端的第一導線(20)，而另一導電線(6b》則連接發電 裝置(2)另一端的第二導線(21):利用導電線(6a) (6b),連接其不同金屬材質的第一導 線(20)與第二導線(21》，而將使多個生電點(2a) (2b)因塞貝克(Seebeck)效應生成正電 或負電輸出，并利用導電線(6a) (6b》與其它裝置或是發電裝置(l)連接，且以串聯或并 聯方式實施。
上述第一導線(20)與第二導線m)的材質是選配自下列其一鉻鎂、鋁鎂鎳銅、 鐵鉑銠、鉑使用一般工業常見的金屬做為發電材料，在制造成本上較為低廉，并能 提高發電的操作溫度范圍，約-273TC 300TC之間，能比現今的半導體熱電組件適用溫度 范圍更大。
如圖8所示，為本發明另一實施例的立體示意圖、如圖9所示，為圖8的Z-Z全剖 視圖。圖中揭示出一種畫態溫差發電板(l)，包括一板形絕緣體(3);—發電裝置(2), 是由不同金屬或合金材質的數列第一導線(20)與數列第二導線(21)所組成，前述第一導 線(20)與第二導線(21)交錯設置于絕緣體(3)—側面，且第一導線(20)與第二導線(21) 的兩端相互連接，形成生電點(2a) (2b》；至少兩個將前述生電點(2a) (2W覆蓋的導 熱體(4);及一將前述第一導線(20)與第二導線(21),除生電點(2a) (2b)外的部分完全 覆蓋絕熱體(5)。
上述中，將第一導線(20)與第二導線(2i)設于同一側面，能方便使用積層制程制造, 并能較容易連接成數組網絡，用以提供較大量的電力輸出其次，導熱體(4)與絕熱體(5) 的功用，因前段已有敘述，故不再詳加說明。
上述第一導線(20〉與第二導線(21)的材質是選配自下列其一鉻鎂、鋁鎂鎳銅、 鐵鉑銠、鉑使用一般工業常見的金屬做為發電材料之用，不使用貴金屬，在制造成 本上較為低廉，更能方便大量鑭造與使用，
上述第一導線(20)與第二導線(21)的材質為經過納米或微米化處理的金屬或合金材 質將其材質經過納米或微米化處理，如化學合金法(Chemical alloying method), 它比傳統的熔化制程(Meltprocessing)來的簡單，熱電材質能被改善，提供納米結晶 材料，因納米材料有比塊材更多數目的界面、及量子局限化效應(Quantumconfi加鵬nt effect),因此，比現今的可用材料具有提升發電效率的性質，而微米化處理，能方便 進行芯片化的積層(咖ltilayer)制程，有效提升單一面積下的容納發電裝置(1》的數量， 進一歩提升發電效率。
上述第一導線(20)與第二導線(21)是由積層(咖itilayer)制程技術所制成的金屬薄膜；由積層制程，將其發電裝置a)細微化，芯片化，能更進一步的提高發電效率，而在
相同面積的范圍內，能容納更多的第一導線(20)與第二導線(21)與生電點(2a) (2b)所 形成的發電回路，以產生更大的電量輸出，并能增加裝置的范圍與區域。
上述導熱體(4)為含有金屬顆粒的導熱樹脂其使用較不易損壞，并能在導熱的同時 保護生電點(13)的材質，而且容易制造，
上述圃態溫差發電板(1)的兩端更設有能將該發電裝置(2)正、負電導出的導電線 (6a) (6b);其中，導電線(6a)連接發電裝置(2)—端的第一導線(20)處，而另一導電線 (6b)則連接發電裝置(2)另一端的第二導線(21)處》
如圖7所示，為本發明面態溫差發電裝置的實施示意圖。圖中揭示出一種固態溫差 發電裝置，包括復數個圃態溫差發電板(l),設置于固定基板(9)上，并以各自發電裝 置(2)兩端將正、負電流導出的導電線(6a) (6b)相互連接，形成主導電線(6a) (6b) 連接輸出。其中，利用導電線(6a) (6b》與多個固態溫差發電板(l)的發電裝置(2)連接， 形成并聯狀態，將其中一側的導熱體(4》裝設于一固定基板(9)上，該固定基板(9)并裝置 于一發熱體(7)上，而另一側的導熱體(4)處則設置一散熱裝置(8)，讓發電裝置(l)兩側 的生電點(2a) (2b)溫度不相同，使第一導線(20)與第二導線(21)產生熱電耦效應，造 成其內的正電或是負電離子移動，進而發揮發電功效。
上述固態溫差發電板可采用如圖1所示的畫態溫差發電板(l):其適用于大型發電裝 置，能有較大的發電量，與較大的操作溫度范圍，較一般的半導體形式的熱電裝置更能 有效的利用廢熱，并能在室溫或以下的環境發揮作用，應用范圍更廣，如地熱發電、太 陽能發電、燃料電池等等各方面，且無機械式的噪音、公安危險、污染高、霈常維修等 問題-
如圖IO所示，為本發明另一實施例面態溫差發電裝置的實施示意圖。圉中揭示出固 態溫差發電板(1)的第一導線(20)與第二導線(20改由積層(咖hilayer)制程技術所制 成的金屬薄膜,將其發電裝置(1)細微化，能更進一歩的提高發電效率另以固定基板(9)， 上下固定于發電裝置(1)兩側的導熱體(4),使其方便設置使用，且能與現今半導體熱電 組件相同的面積與體積下，容納更多由第一導線(20)與第二導線(21)與生電點(2a) (2b) 所形成的發電回路，能產生更大的電量輸出。
上述固態溫差發電板是采用如圖8所示的畫態溫差發電板(1):該固態溫差發電板 (l)適用于一般的中小型裝置，能做為芯片化的設置，更能將其運用范圍擴展，使用于日 常生活中，會產生廢熱，或是有明顯溫度差異之處，讓其提供一額外的電力，減輕能源 的消耗，并能降低二氧化碳的產生，改善環境。
前述兩畫態溫差發電裝置中，囫定基板(9)的材質為熱傳導系數良好的材質除了能
方便設置外，更能將熱量迅速的導入或導出，以讓固態溫差發電裝置有更好的發電效率。 最后應說明的是以上實施例僅用以說明本發明而并非限制本發明所描述的技術方 案因此，盡管本說明書參照上述的各個實施例對本發明已進行了詳細的說明，但是， 本領域的普通技術人員應當理解，仍然可以對本發明進行修改或等同替換而一切不脫 離發明的精神和范圍的技術方案及其改進，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.一種固態溫差發電板(1)，其特征在于包括一板形絕緣體(3)；一發電裝置(2)，是在一絕緣體(3)的頂面及底面分別設置多列的第一導線(20)與第二導線(21)，其多列的第一導線(20)與第二導線(21)兩端設置在絕緣體(3)的兩側端并相互連接，形成多個生電點(22a)、(22b)；該第一導線(20)與第二導線(21)是以不同金屬或合金材質對應；及二分別與第一導線(20)與第二導線(21)連接且將正、負電流導出的導電線(6a)、(6b)。
2. 根據權利要求1所述的固態溫差發電板(1),其特征在于對應的第一導線(20) 與第二導線(21)是以下列其一材質選配鉻鎂、鋁鎂鎳銅、鐵；鉑銠、鉑。
3. 根據權利要求1所述的固態溫差發電板(l),其特征在于至少兩個將前述多個生 電點(2a) (2b)覆蓋在內的導熱體(4);及一除了生電點(2a) (2b)外而將前述第一導線 (20)與第二導線(21)完全覆蓋的絕熱體(5):前述導熱體(4)是由一將多個生電點(2a)(2b)包覆在內的絕緣層(41)、 一將絕緣層(41)包覆在內的導熱層(40)、一將導熱層(40) 與生電點(23a、 23b)之間空隙填滿且能傳導熱能的導熱膠(42)所組成。
4. 一種固態溫差發電板(1)，其特征在于包括 一板形絕緣體(3);一發電裝置(2),在絕緣體(3》的單面或兩面設置多列且交錯的第一導線(20)與第二 導線(21),其多列的第一導線(20)與第二導線(21)兩端設置在絕緣體(3)的兩側端并相互 連接，形成多個生電點(2a) (2b):該第一導線(20)與第二導線(21)是以不同金屬或合 金材質對應，且經納米或徵米化處理；至少兩個將前述多個生電點(2a) (2b)覆兼在內的導熱體(4);及 一除了生電點(2a) (2b)外而將前述第一導線(20)與第二導線(21)完全覆蓋的絕熱 體(5)。
5. 根據權利要求4所述的固態溫差發電板(1)，其特征在于第一導線(20)與第二導 線(21)的材質組合選自下列其一鉻鎂、鋁鎂；鎳銅、鐵；鉑銠、鉑。
6. 根據權利要求4所述的固態溫差發電板(1)，其特征在于第一導線(20》與第二導 線(21)是由積層制程技術制造的金屬薄膜。
7. 根據權利要求4所述的固態溫差發電板(1)，其特征在于導熱體(4)是含有金屬顆粒的導熱樹脂。
8. —種固態溫差發電裝置，其特征在于包括復數個畫態溫差發電板(i),將各固態溫差發電板a)兩端導出正、負電流的導電線(6a) (6b)相互連接以形成主導電線(6a) (6b):及設置在上述復數個畫態溫差發電板(l)單側或兩側并與其接觸，且熱傳導系數良好的 固定基板(9)。
9. 根據權利要求8所述的固態溫差發電裝置，其特征在于固態溫差發電板(l)的構造包括-—板形絕緣體(3);一發電裝置(2),是在一絕緣體(3)的頂面及底面分別設置多列的第一導線(20)與第 二導線(21),其多列的第一導線(20)與第二導線(21)兩端設置在嬙緣體(3)的兩側端并相 互連接，形成多個生電點(2a) (2b):該第一導線(20)與第二導線(21)是以不同金屬或 合金材質對應；及二分別與第一導線(20)與第二導線(21)連接且將正、負電流導出的導電線(6a)、 (6b)。
10. 根據權利要求8所述的固態溫差發電裝置，其特征在于固態溫差發電板(l)的 構造包括-—板形絕緣體(3):一發電裝置(2)，是在一絕緣體(3)的頂面及底面分別設置多列的第一導線(20)與第 二導線(21),其多列的第一導線(20)與第二導線(21)兩端設置在絕緣體(3)的兩側端并相 互連接，形成多個生電點(2a) (2b):該第一導線(20)與第二導線(21)是以不同金屬或 合金材質對應，且經納米化或微米處理；至少兩個將前述多個生電點(2a) (2b)覆蓋在內的導熱體(4):及 一除了生電點(2a) (2b)外而將前述第一 導線(20)與第二導線(21)完全覆蓋的絕熱 體(5)。
全文摘要
本發明公開了一種固態溫差發電板及其裝置，固態溫差發電板包括一板形絕緣體(3)；一發電裝置(2)，及二分別與第一導線(20)與第二導線(21)連接且將正、負電流導出的導電線(6a)(6b)是在一絕緣體(3)的頂面及底面分別設置多列的第一導線(20)與第二導線(21)，其多列的第一導線(20)與第二導線(21)兩端設置在絕緣體(3)的兩側端并相互連接，形成多個生電點(2a)(2b)；該第一導線(20)與第二導線(21)是以不同金屬或合金材質對應，且經納米化或微米處理；固態溫差電裝置，由數個固態溫差發電板(1)，將各固態溫差發電板(1)兩端導出正、負電流的導電線(6a)(6b)相互連接以形成主導電線(6a)(6b)；及至少一與上述復數個固態溫差發電板(1)接觸且熱傳導系數良好并用于傳熱的固定基板(9)。
文檔編號H02N11/00GK101350580SQ20071013032
公開日2009年1月21日 申請日期2007年7月17日 優先權日2007年7月17日
發明者陳滿煌 申請人:陳滿煌