專利名稱：一種聚焦式熱電轉換裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種熱電轉換裝置，特別涉及一種能夠將熱能直接轉化為電能的裝置。
背景技術：
隨著社會的不斷發展，人們對能源的需求在不 斷加大，能源危機已成為一個不可忽視的問題。另一方面，工業生產和生活中大量的能量以廢熱的形式耗散在環境中。如果能有效地利用這種廢熱對與能源的有效利用與減緩能源危機具有十分重要的意義。熱電轉換裝置是一種能夠將熱能直接轉化為電能的裝置。常規的熱電轉換裝置利用半導體的塞貝克效應直接將熱能轉化為電能，具有系統體積小、可靠性高、適用溫度范圍廣等優點。但是，這種裝置所發出的電電壓值較低、功率較小且價格昂貴，因此其實用性受到了很大的限制。本發明利用壓電陶瓷作為發電材料，利用熱釋電效應將熱能直接轉化為電能，具有輸出電壓高、適用范圍廣、價格便宜等諸多優點。
發明內容
技術問題針對傳統熱電轉換裝置輸出電壓值較低、功率較小和價格昂貴等局限，本發明提供了一種能夠直接將熱能轉化為電能的裝置，提高了輸出電壓且適用范圍廣、價格便宜。技術方案為解決上述技術問題，本發明提供了如下技術方案一種聚焦式熱電轉換裝置，該裝置包括光源、菲涅爾透鏡、調頻裝置、壓電陶瓷、支架、整流器和充電電容；菲涅爾透鏡將來自光源的入射光匯聚于壓電陶瓷上，所述壓電陶瓷固定于支架上；在菲涅爾透鏡與壓電陶瓷之間設有調頻裝置，壓電陶瓷與整流器的輸入端相連，充電電容與整流器的輸出端相連；整流器用于將壓電陶瓷所發出的交變電流轉化為直流電存儲于充電電容中。所述調頻裝置包括調速直流電機、法蘭，斬光盤；調速直流電機作為驅動電機，在調速直流電機的輸出軸上連接有斬光盤，在調速直流電機與斬光盤之間設有法蘭；在斬光盤上設有通光孔，并且，斬光盤位于菲涅爾透鏡與壓電陶瓷之間，菲涅爾透鏡匯聚的匯聚光光路經過通光孔。所述的菲涅爾透鏡光透過率為90%，光線會聚率75-85%。所述壓電陶瓷從外到里依次包括黃銅片、陶瓷層、鍍銀層，在銀鍍層上設有引線；黃銅片既作為陶瓷層的附著體，同時也是壓電陶瓷的一個電極，鍍銀層為壓電陶瓷的另一個電極。有益效果與現有的熱電轉換技術相比，本發明具有如下優點I)輸出電壓高。本發明中單片壓電陶瓷輸出電壓最大值可達到15V左右，遠高于半導體發電材料的輸出電壓。2)適用范圍廣。本發明可以采用太陽能、工業廢熱等作為熱源，將熱能直接轉化為電能。3)結構簡單，本發明無復雜的運動部件，結構簡單。4)成本低。同半導體熱電轉換材料相比，壓電陶瓷價格便宜，整個裝置的成本也因此較低。
圖I是本發明聚焦式熱電轉換裝置的主視圖。圖2是本發明聚焦式熱電轉換裝置中調頻裝置主視圖。圖3是本發明聚焦式熱電轉換裝置中斬光盤結構圖。圖4是本發明新型聚焦式熱電轉換裝置中壓電陶瓷的主視圖。 圖5是本發明新型聚焦式熱電轉換裝置的電路圖。以上的圖中有光源1，菲涅爾透鏡2，調頻裝置3，壓電陶瓷4，支架5，整流器6，可充電電容7，直流電機8，法蘭9，斬光盤10，通光孔11，黃銅片12、陶瓷層13、鍍銀層14和引線15。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做進一步說明。參見圖1-5，本發明提供的聚焦式熱電轉換裝置，該裝置包括光源I、菲涅爾透鏡
2、調頻裝置3、壓電陶瓷4、支架5、整流器6和充電電容7。菲涅爾透鏡2將來自光源I的入射光匯聚于壓電陶瓷4上，所述壓電陶瓷4固定于支架5上；在菲涅爾透鏡2與壓電陶瓷4之間設有調頻裝置3，壓電陶瓷4與整流器6的輸入端相連，充電電容7與整流器6的輸出端相連；整流器6用于將壓電陶瓷4所發出的交變電流轉化為直流電存儲于充電電容7中。所述調頻裝置3包括調速直流電機8、法蘭9，斬光盤10。調速直流電機8作為驅動電機，在調速直流電機8的輸出軸上連接有斬光盤10，在調速直流電機8與斬光盤10之間設有法蘭9 ;在斬光盤10上設有通光孔11，并且，斬光盤10位于菲涅爾透鏡2與壓電陶瓷4之間，菲涅爾透鏡2匯聚的匯聚光光路經過通光孔11。所述的菲涅爾透鏡2光透過率為90%，光線會聚率75-85%。所述壓電陶瓷4從外到里依次包括黃銅片12、陶瓷層13、鍍銀層14，在銀鍍層14上設有引線15。黃銅片12既作為陶瓷層13的附著體，同時也是壓電陶瓷4的一個電極，鍍銀層14為壓電陶瓷4的另一個電極。實施例I一種聚焦式熱電轉換裝置，包括光源1，菲涅爾透鏡2，調頻裝置3，壓電陶瓷4，支架5，整流器6，可充電電容7。所述菲涅爾透鏡2將來自光源I的入射光匯聚于壓電陶瓷4上，所述壓電陶瓷固定于支架上。在本實施例中，所述熱電轉換裝置包括調頻裝置3，所述調頻裝置3采用可調速直流電機8作為驅動電機，在可調速直流電機8的輸出軸上連接有斬光盤10，在斬光盤10上設有通光孔11，并且，斬光盤10位于菲涅爾透鏡2與壓電陶瓷4之間，當調頻裝置3工作時，斬光盤10上的通光孔11經過由菲涅爾透鏡2匯聚的匯聚光光路；所述的菲涅爾透鏡2光透過率達90%，光線會聚率75-85%。下面結合附圖對本發明進一步說明。參見圖1、2、3，本發明的聚焦式熱電轉換裝置由光源I、菲涅爾透鏡2、調頻裝置3、壓電陶瓷4和支架5組成。其中調頻裝置由電機8和邊緣開有通光孔11的斬光盤10組成。斬光盤10通過法蘭9與電機8相連接。斬光盤10上等角度均勻的分布著通光孔11。調頻裝置的調制頻率為電機轉速與通光孔數目的乘積(f = n.m)，通過改變電機的轉速或者選用通光孔數目不同的斬光盤均可以改變調頻裝置的調制頻率。壓電陶瓷固定在支架5上。調整好各部分之間的位置，使壓電陶瓷5恰好位于菲涅爾透鏡2的焦點處；調頻裝置3中通光孔11位于焦點前方，距離焦點很近，且通光孔11的中心線、焦點的中心和壓電陶瓷的中心線位于同一軸線上。
光源I發出的一束平行光經菲涅爾透鏡2聚焦后形成能量積聚的較小的光斑，光斑穿過調頻裝置3周期性的照射在壓電陶瓷4上，從而使壓電陶瓷4的溫度周期性的變化.由于壓電材料的熱釋電效應，在壓電陶瓷4的正負極之間會形成周期性變化的電荷運動，形成電流。產生的電流變化的頻率與調頻裝置的頻率一致，調節調頻裝置3的頻率可改變所產生的電流的頻率。當調頻裝置3頻率為零且經過菲涅爾透鏡2聚焦后的光線完全通過通光孔11時，壓電陶瓷4的溫度恒定，其正負極之間將不產生電流。壓電陶瓷4與整流器6的輸入端相連，整流器6對壓電陶瓷4所產生的電流進行調節，使其變為直流電流。可充電電容7與整流器6的輸出端相連，存儲經整流器6整流后的電能。以上所述僅為本發明的較佳實施方式，本發明的保護范圍并不以上述實施方式為限，但凡本領域普通技術人員根據本發明所揭示內容所作的等效修飾或變化，皆應納入權利要求書中記載的保護范圍內。
權利要求
1.一種聚焦式熱電轉換裝置，其特征在于，該裝置包括光源(I)、菲涅爾透鏡(2)、調頻裝置(3)、壓電陶瓷(4)、支架(5)、整流器(6)和充電電容(7)； 菲涅爾透鏡(2)將來自光源(I)的入射光匯聚于壓電陶瓷(4)上，所述壓電陶瓷(4)固定于支架(5)上；在菲涅爾透鏡(2)與壓電陶瓷(4)之間設有調頻裝置(3)，壓電陶瓷(4)與整流器(6)的輸入端相連，充電電容(7)與整流器(6)的輸出端相連；整流器(6)用于將壓電陶瓷(4)所發出的交變電流轉化為直流電存儲于充電電容(7)中。
2.根據權利要求I所述的聚焦式熱電轉換裝置，其特征在于，所述調頻裝置(3)包括調速直流電機(8)、法蘭(9)，斬光盤(10)； 調速直流電機(8)作為驅動電機，在調速直流電機(8)的輸出軸上連接有斬光盤(10)，在調速直流電機(8)與斬光盤(10)之間設有法蘭(9);在斬光盤(10)上設有通光孔(11)，并且，斬光盤(10)位于菲涅爾透鏡(2)與壓電陶瓷(4)之間，菲涅爾透鏡(2)匯聚的匯聚光光路經過通光孔(11)。
3.根據權利要求I所述的聚焦式熱電轉換裝置，其特征在于，所述的菲涅爾透鏡(2)光透過率為90%，光線會聚率75-85%。
4.根據權利要求I所述的聚焦式熱電轉換裝置，其特征在于，所述壓電陶瓷(4)從外到里依次包括黃銅片(12)、陶瓷層(13)、鍍銀層(14)，在銀鍍層(14)上設有引線(15); 黃銅片(12)既作為陶瓷層(13)的附著體，同時也是壓電陶瓷(4)的一個電極，鍍銀層(14)為壓電陶瓷(4)的另一個電極。
全文摘要
本發明公開了一種聚焦式熱電轉換裝置，該裝置包括光源(1)、菲涅爾透鏡(2)、調頻裝置(3)、壓電陶瓷(4)、支架(5)、整流器(6)和充電電容(7)；菲涅爾透鏡(2)將來自光源(1)的入射光匯聚于壓電陶瓷(4)上，所述壓電陶瓷(4)固定于支架(5)上；在菲涅爾透鏡(2)與壓電陶瓷(4)之間設有調頻裝置(3)，壓電陶瓷(4)與整流器(6)的輸入端相連，充電電容(7)與整流器(6)的輸出端相連；整流器(6)用于將壓電陶瓷(4)所發出的交變電流轉化為直流電存儲于充電電容(7)中。本發明具有可將熱能直接轉化為電能、輸出電壓高、環境友好、結構簡單的優點。
文檔編號H02J15/00GK102751911SQ20121024467
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月13日 優先權日2012年7月13日
發明者喬正輝, 吳仲武, 姚麗, 張慶, 董衛 申請人:東南大學