热电温差发电装置及其制造方法

技术领域

本发明是一种温差发电装置及其制造方法，特别是有关于一种热电温差发电装置及其制造方法。

背景技术

现今社会是因特网的时代，计算机、电视、家电等的发明，推动了现代文明，也加大了人们对于电力的需求。电力逐渐成为人们生活的必需品。电力的产生方式主要有：火力发电、太阳能发电、风力发电、核能发电、水力发电等。其中，热电温差发电装置(thermoelectric conversion device)是一种具有热与电两种能量互相转换特性的元件，由于其热电转换特性，因此具有致冷/加热以及发电两种应用领域。若对热电温差发电装置通电，使元件两端分别产成吸热与放热现象(称为Peltier Effect)，则可应用在致冷或加热的技术领域。若使热电温差发电装置两端分别处于不同温度，则能令热电温差发电装置输出直流电(称为Seebeck Effect)，因此可应用于发电技术领域。

然而，目前各种能源转换设备所产生的电力只有利用到部分的原能量以转换成电能，其余大部分则以废热或废能形式再次逸散到大气中。如此大量的能量被无效的消耗循环也让温室效应加剧，其中工厂排热应是最大宗的废热能来源。如能提升转换效率，增加热电温差发电装置的热电转换效率，将有助于回收大量的废热，减缓自然能源的消耗与环境的负担。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种热电温差发电装置，以提升热电转换效率。

为了达成上述的目的，本发明为一种热电温差发电装置，具有第一铝合金板、第二铝合金板、吸热层、散热层、第一金属逻辑线路层、第二金属逻辑线路层以及交互排列的复数个P型半导体及复数个N型半导体。吸热层形成在第一铝合金板上，而散热层形成在第二铝合金板上。第一金属逻辑线路层形成在吸热层上，而第二金属逻辑线路层形成在散热层上。交互排列的复数个P型半导体及复数个N型半导体，固定于第一金属逻辑线路层与第二金属逻辑线路层之间，其中，散热层的热传导系数大于吸热层的热传导系数。

根据本发明的另一实施方式，一种热电温差发电装置制造方法包含有：提供第一铝合金板及第二铝合金板，在第一铝合金板上形成吸热层，另在第二铝合金板上形成散热层，在吸热层上形成第一金属逻辑线路层，并在该散热层上形成第二金属逻辑线路层，以及提供交互排列复数个P型半导体及复数个N型半导体，并固定在第一金属逻辑线路层及第二金属逻辑线路层之间。

在一些实施例中，吸热层是三氧化二铝吸热层，而散热层是氮化铝散热层或石墨烯散热层。

在一些实施例中，吸热层的热传导系数约1至1200W/mK，而散热层的热传导系数约2至5300W/mK。

在一些实施例中，第一金属逻辑线路层包含有复数个第一金属导体。第二金属逻辑线路层包含有复数个第二金属导体与第一金属逻辑线路层的第一金属导体交错设置，以串联P型半导体与N型半导体，阴极焊垫连接于P型半导体其中之一，以及阳极焊垫连接于N型半导体其中之一。

在一些实施例中，第一铝合金板及第二铝合金板的材料是铝碳铜合金、铝锰合金、铝镁合金、铝镁硅合金、铝铜合金或铝锌合金，而第一金属逻辑线路层及该第二金属逻辑线路层是铜镍金共晶线路、铜镍锡共晶线路、铜银锡共晶线路、镍金共晶线路、镍银共晶线路、银胶线路、碳胶线路、铜胶线路、石墨烯线路或铜线路所形成。

综上所述，热电温差发电装置可以借由散热层的热传导系数大于吸热层的热传导系数，使热电温差发电装置可以提供更佳的热电转换效率，不仅可以提升废热发电的能力，更能减少自然资源的消耗，降低地球环境的污染，提供人类所需的洁净电源。

附图说明

为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：

图1根据本发明的一实施方式所绘示的一种热电温差发电装置的剖面示意图。

图2根据本发明的另一实施方式所绘示的一种热电温差发电装置的制造方法流程示意图。

具体实施方式

下文列举实施例配合所附附图进行详细说明，但所提供的实施例并非用以限制本发明所涵盖的范围，而结构运作的描述并非用以限制其执行的顺序，任何由元件重新组合的结构，所产生具有均等功效的装置，皆为本发明所涵盖的范围。另外，附图仅以说明为目的，并未依照原尺寸作图。为使便于理解，下述说明中相同元件或相似元件将以相同的符号标示来说明。

另外，在全篇说明书与权利要求书所使用的用词(terms)，除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在此发明的内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本发明的用词将于下面或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本发明的描述上额外的引导。

于实施方式与权利要求书中，除非文中对于冠词有所特别限定，否则“一”与“该”可泛指单一个或复数个。而步骤中所使用的编号仅用来标示步骤以便于说明，而非用来限制前后顺序及实施方式。

其次，在本文中所使用的用词“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

参阅图1及图2，图1绘示热电温差发电装置的剖面示意图，而图2绘示热电温差发电装置的制造方法流程示意图。

如图1所示，热电温差发电装置100包括第一铝合金板110及第二铝合金板120、吸热层130及散热层140、第一金属逻辑线路层150及第二金属逻辑线路层160。其中，P型半导体170及N型半导体180可以利用焊锡固定于第一金属逻辑线路层150及第二金属逻辑线路层160之间，然本发明并不限定于此。

图1的热电温差发电装置100两端面分别处于不同温度，其中第一铝合金板110为吸热端，第二铝合金板120为散热端，利用吸热端与散热端的温度差异，可以输出直流电。因此，热电温差发电装置100可以使用于发电技术领域，且适合使用在低于100℃的废热的能量回收系统中。

在一些实施例中，吸热层130是绝缘材料所形成，举例而言，导热但不导电的材料所形成，例如是三氧化二铝所形成。

在一些实施例中，散热层140是绝缘材料所形成，举例而言，导热但不导电的材料所形成，例如是氮化铝或石墨烯散热层所形成。

在一些实施例中，吸热层130，相较于散热层140，具有较低的热传导系数，例如是约1～1200W/mK。而散热层140具有较高的热传导系数，例如是约2～5300W/mK。

热阻(Thermal Resistance)指电子封装散热领域中，用来决定电子元件散热能力的评量标准。其代表热量通过物体时，阻止热流通过物体的能力，使得物体产生温度差，所以不同材料与结构，均会影响热阻的变化。

因此热阻值的大小可以判断及预测出电子元件的发热状况，当热阻值越大，表示热不容易传递，元件所产生的温度高，散热能力就差；反之，热阻值越小，则散热能力越好。

热阻公式

Rth＝ΔT/Q 公式(1)

其中，Rth：热阻(K/W)

Q：热传率(W)

△T：温度差(K)

将热传导的公式Q＝kA(ΔT/Δn)，其中，Δn是空间变量(距离L)，代入热阻公式中，可以得到维热传导的热阻，

Rth＝L/k*A 公式(2)

其中，Rth：热阻(K/W)

L：正向距离(m)

k：热传导系数(W/m-K)

A：热传导穿透的面积(m

因此，在传递热功时在同等的厚度下，换言之在等距离的情况下，改变对等两面，也即吸热层130与散热层140，使用不对等的热传导系数材料，将使对等两面产生温度差，因此P-N半导体在SEEBACK效应下，就会有电子迁移现象，进而产生了所需的电流与电压。

在一些实施例中，散热层140的散热系数大于吸热层130的散热系数。

在一些实施例中，吸热层130上的第二金属逻辑线路层160，更形成有阴极焊垫164，连接于P型半导体170的至少其中之一，以及阳极焊垫162，连接于N型半导体180的至少其中之一，以提供外部电子装置所需的电源。其中，阳极焊垫162与阴极焊垫164一般形成于第二金属逻辑线路层160的外侧位置，也即形成于第二金属逻辑线路层160的第二金属导体166的外侧。

再同时参阅图1与图2，一种热电温差发电装置制造方法200，当制作热电温差发电装置100时，首先，步骤210，提供第一铝合金板110及第二铝合金板120。第一铝合金板110及第二铝合金板120可以是铝碳硅合金、铝镁合金、铝镁硅合金、铝铜合金或铝锌合金，其导热系数大约在180-260W/mK，故相较于一般陶瓷具备有较高的传热能力。

接着，步骤220，在第一铝合金板110上形成吸热层130，另在第二铝合金板120上形成散热层140，吸热层130和散热层140可以是导热但不导电的绝缘层，其中，散热层140的热传导系数大于吸热层130的热传导系数。

然后，步骤230，在吸热层130上形成第一金属逻辑线路层150，另在散热层140上形成第二金属逻辑线路层160。第一金属逻辑线路层150包含复数个间隔排列的第一金属导体156，第二金属逻辑线路层160则包含复数个间隔排列的第二金属导体166，其中，第一金属导体156及第二金属导体166呈交错设置，以串联P型半导体170以及N型半导体180。

在一些实施例中，第一金属逻辑线路层150及第二金属逻辑线路层160是铜镍金共晶线路、铜镍锡共晶线路、铜银锡共晶线路、镍金共晶线路、镍银共晶线路、银胶线路、碳胶线路、铜胶线路、石墨烯线路或铜线路所形成。

步骤240，提供交互排列的复数个P型半导体170及复数个N型半导体180，串联并固定于第一金属逻辑线路层150及第二金属逻辑线路层160之间，其可以利用焊锡或其他导电材料加以固定，其均不脱离本发明的精神与范围。

综上所述，借由散热层的热传导系数大于吸热层的热传导系数，热电温差发电装置可以提供更佳的热电转换效率，不仅可以提升废热发电的能力，更能减少自然资源的消耗，减缓地球环境的污染，提供人类所需的洁净电源。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域具通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定者为准。

【符号说明】

100：热电温差发电装置

110：第一铝合金板

120：第二铝合金板

130：吸热层

140：散热层

150：第一金属逻辑线路层

156：第一金属导体

160：第二金属逻辑线路层

162：阳极焊垫

164：阴极焊垫

166：第二金属导体

170：P型半导体

180：N型半导体

200：热电温差发电装置制造方法

210～240：步骤。