技術領域

本發明屬于熱電轉換技術領域，具體地，涉及一種環形熱電器件及其制備方法。

背景技術

作為一種環境友好的再生能源技術，熱電轉換技術近幾年在國際上受到了廣泛的關注。熱電發電技術是利用半導體材料的塞貝克效應，直接將溫差轉化為電能的新技術。該技術具有可靠性高、無污染和無噪音的優點，在工業余廢熱和汽車尾氣廢熱的回收利用以及軍用電源等高新技術領域將具有良好的應用前景。

一個熱電器件往往由多個n型和p型半導體熱電元件組成。由于每個熱電元件的輸出電壓很低，為了獲得較高的電壓以便于實際使用，通常用金屬電極將一個n型熱電元件和一個p型熱電元件連接成熱電單偶，然后將多個熱電單偶按導電串聯、導熱并聯的結構連接起來構成熱電器件。

目前主要的熱電器件構造為π形構造。在該結構中，n型和p型熱電元件以導電串聯和導熱并聯的形式集成于兩個電絕緣而熱傳導良好的陶瓷平板之中，這種構造主要適用于平板狀熱源環境，即熱流方向垂直于兩個平行的陶瓷板。

但是，當熱源為非平板狀時，這種傳統的π形構造熱電器件就不再適用。例如汽車尾氣排放管道，如采用π形熱電發電模塊來制造與熱源相匹配的的熱電發電器(US8656710B2，US2005/0172993A1，US013/0160809A1)，由于需要在熱電模塊表面施加力保證模塊和熱源之間的良好接觸，從而使得發電器的結構變得非常復雜，制作成本高，而且發電器的性能和使用可靠性低。特別對于像直徑為約1cm的小柱狀熱源，這種熱電發電器的集成變得非常困難。但是對于這種柱狀熱源，使用環形構造熱電器件就使得熱電發電器的集成變得相對簡單和性能變得更為優異。

在環形構造熱電器件中，n型和p型環形中空熱電元件沿柱狀熱源交替地同軸排列，彼此之間填充熱和電均絕緣的材料。這種構造可以最大限度地利用柱狀熱源所傳導的熱量，故熱量利用效率相對于π形構造的熱電器件將大幅度提高。由于目前很多熱源，如汽車尾氣排放管道和深海石油輸送管道等都屬于非平板狀熱源，因此，環形構造的熱電器件在實際應用中具有很大的前景。需要特別強調的是，對于汽車尾氣廢熱發電，發電器冷端冷卻通常采用汽車上現成的冷卻水。將環形器件的外圓設計成熱端，而內圓設計成冷端。由于液體與固體間的傳熱要優于氣體與固體間的傳熱，所以利用環狀器件內外圓表面的面積差異可以平衡器件在冷熱端的熱交換能力，這是環形熱電發電器的另一個優點。