CN103178203A - 热电发电装置与热电发电模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种热电发电装置与热电发电模块，热电发电装置包括第一和第二热电元件。第二热电元件与第一热电元件之间具有一电性接合面，其为交错式接合面。第一热电元件的塞贝克系数大于第二热电元件的塞贝克系数。第一热电元件包括一第一外延部、第二热电元件包括一第二外延部，第一外延部与一第一电能输出端电性接合而形成一第一接触面，且电性接合面的面积大于第一接触面的面积。第二外延部与一第二电能输出端电性接合而形成一第二接触面，且电性接合面的面积大于第二接触面的面积。

Description

热电发电装置与热电发电模块

技术领域

本发明涉及一种热电发电装置，且特别是涉及一种应用面相当广泛的热电发电装置与热电发电模块。

背景技术

在传统的热电应用领域中要判断一物质是否为良好的热电材料，主要是观察其热电优值(Figure of Merit，ZT值)，ZT值主要与塞贝克系数(Seebeckcoefficient)、导电率和热传导系数相关，以上三种参数也直接影响一材料是否拥有良好的热电性质，可否应用在热电效应上。ZT值越高，热电效应则越显着，其关系式为：

$\mathrm{ZT}=\frac{{\mathrm{\α}}^2\mathrm{\σ}}{k}T$

上式中α为塞贝克系数；σ为导电率；k为热传导系数；T为绝对温度。由关系式中可看出，一个好的热电材料除了需要有良好的塞贝克系数外，还要有高导电率以及低热传导系数。

由于自然界中材料的物性通常导电率与热传导率为相依关系，因此一般材料难以同时具有良好的导电率以及低热传导系数，使得最后加总之后的ZT值无法有效提升，因此材料的导电率与热传导系数的控制即成为提升热电性能的关键点，但是以目前技术而言其也为材料发展的瓶颈所在。例如p型硅(Silicon)的塞贝克系数即为常用的Bi₂TE₃材料的2.8倍左右，但是其热传导系数却高达74倍，这就是为何具有高塞贝克系数的硅反而较少应用于热电材料中的原因。

综合以上的观点可得知目前热电材料技术发展的首要目标，就是将材料导电率维持在一定范围下降低其热传导系数，或者发展出等效的设计因子来达成需求。

某些传统热电式发电装置如图1所示，其冷端与热端分别为厚度较薄的热电元件100的上下两端，由于热传途径短，其冷、热端在热传特性上可能会有相互影响的问题。上述的热传影响问题使得传统热电发电装置在使用时势必须要一散热装置(未绘示)如热沉、风扇与水冷***等操作，方能使冷端降温并维持与热端的温差，这种方式较为麻烦并使得在应用发展上受到限制。此应用操作方式还有一个问题，就是冷端的散热装置将会加速热端热源的散逸，所以在冷端一边散热的同时热端又必须同步补充相对散失的热量以维持其温差，在高ZT材料尚未开发出来之前，其材料热传导系数比相对其功率因素(power factor)不够低的情况下，热源的热量可能会相对地损失而导致元件效能偏低的情形。

已知有美国专利US 6060657是利用纳米技术制造多层量子井(multi-quantum well)结构的超晶格薄膜，来降低热传导性。

另外，美国专利US 6384312将热电块材的形状设计为尖锥型，在与电极的接触表面形成微小的点接触使得接触界面上的热回传量受限。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种热电发电装置，其包括第一和第二热电元件。第二热电元件与第一热电元件之间具有一电性接合面，这个电性接合面为交错式接合面，而第一热电元件的塞贝克系数大于第二热电元件的塞贝克系数。第一热电元件包括一第一外延部、第二热电元件包括一第二外延部，第一外延部与一第一电能输出端电性接合而形成一第一接触面，且电性接合面的面积大于第一接触面的面积。第二外延部与一第二电能输出端电性接合而形成一第二接触面，且电性接合面的面积大于第二接触面的面积。

本发明另提出一种热电发电装置，其包括第一、第二热电元件、第一、第二输出线路和至少一补偿热电结构。第一与第二热电元件之间具有一第一电性接合面，其中第一热电元件的塞贝克系数大于第二热电元件的塞贝克系数。第一输出线路则与第一热电元件相连而形成一第一接触面，且上述第一电性接合面的面积大于第一接触面的面积。第二输出线路与第二热电元件相连而形成一第二接触面，且上述第一电性接合面的面积大于第二接触面的面积。补偿热电结构则是设置在第一输出线路和第二输出线路之间。

本发明再提出一种热电发电模块，是由数个上述热电发电装置所构成。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。

附图说明

图1是现有的一种热电式发电装置的示意图；

图2是说明本发明的原理的示意图；

图3A至图3C分别显示以不同的热传方向来加热的温度曲线图；

图4是说明本发明的热电发电的电压与接合的关系图；

图5是依照本发明的第一实施例的一种热电发电装置的剖面示意图；

图6A是第一实施例的热源的一种变形例的剖面示意图；

图6B是第一实施例的电性接合面的一种变形例的剖面示意图；

图6C是第一实施例的电能输出端的一种变形例的剖面示意图；

图6D是第一实施例的外延部的一种变形例的剖面示意图；

图7是依照本发明的第二实施例的一种热电发电模块的示意图；

图8A是依照本发明的第三实施例的一种热电发电装置的上视示意图；

图8B是图8A的B-B’线段的剖面示意图；

图9A是依照本发明的第四实施例的一种热电发电装置的上视示意图；

图9B是图9A的B-B’线段的剖面示意图；

图10是本发明的热电发电装置设置有补偿热电结构的电路图；

图11A是依照本发明的第五实施例的第一种热电发电装置的剖面示意图；

图11B是依照本发明的第五实施例的第二种热电发电装置的剖面示意图；

图11C是依照本发明的第五实施例的第三种热电发电装置的剖面示意图；

图11D是依照本发明的第五实施例的第四种热电发电装置的剖面示意图；

图12是模拟实验的热电发电装置的简图；

图13是模拟实验的电性特性曲线图；

图14是模拟实验的不同热源输入瓦数与电性特性曲线图。

主要元件符号说明

100：热电元件

200、202：材料

500、800、900、1100：热电发电装置

502、804、904、1102、TE1：第一热电元件

504、806、906、1104、TE2：第二热电元件

506、810、910、1110、1126：热源

502a、610、804a、904a：第一外延部

504a、612、806a、906a：第二外延部

508、808、908、1000、1120：加热范围

510、816a、916a：第一电能输出端

512、516、818a、818b、918a、918b、1006、1008、1116、1118、1132、1134、1136、1138：接触面

514、816b、916b：第二电能输出端

518、812、912、1114、1228：电性接合面

520：外部电路

600：加热鳍片

602：锯齿面

606、814、914：导电层

608a、608b、702：电导线

700：热电发电模块

802、902：基板

1002、1004：输出线路

1010、1112：补偿热电结构

1106：第一输出线路

1108：第二输出线路

1122：第一补偿热电元件

1124：第二补偿热电元件

1130：温度传感器

1200、1202：热电材料

1204：电阻负载结构

J₁、J₂、J₃：接合面

具体实施方式

本发明的概念与某些传统的热电元件不同，所以下文将详细说明。

就热电元件的原理来说，将两种不同的材料200与202以互相串连方式接合，如图2，并针对接合面J₁与J₂作局部温控与量测。材料200具有较大的塞贝克(Seebeck)系数，而材料202具有相对较小的塞贝克系数值。当热源供应热至接合面J₁时，接合面J₁和J₂分别具有T₁与T₂的两不同温度值。

实验中以不同的加热方法、热量大小、热传方向等不同条件参数来加热并进行量测。譬如图3A显示的温度变化是呈线性的；图3B的加热方法则使接合面J₁与J₂的温度均匀，但接合面J₁与J₂之外的区域则立即冷却；图3C的加热方法则使温度变化呈非线性的。结果发现不论以任何方式作加热，只要接合面J₁与J₂最后生成的温度值固定为T₁与T₂，则此热电材料***的输出电压、电流即为固定值。

通过此实验结果可知，热电的发电效应主要产生于材料的接合面且取决于面上的局部(local)温度值，与传统理论认为是由于材料内部温度梯度造成内部载流子扩散或漂移效较无关联。

换句话说，热电效应的实际发生处主要为接合面处，若是单纯给予热量与温度至元件材料处而接合面处没受到热与温度影响时，热电效应则不会产生。当热作用于接合面，则会产生一与温度成函数关系的电压值输出，而其产生电流值则与温度、接合面面积两者成函数关系。

图4进一步举例分析说明热电发电的过程与原理。在图4最上面标示+10的材料为连接热电材料电性的金属导线，其Seebeck效应值设为+10；同理，标示-100的材料为Seebeck效应为-100的热电材料；标示+100的材料为Seebeck效应为+100的热电材料。材料之间的接合面J₁、J₂、J₃视其热电效应值为0的相对参考点(面)。

若J₁、J₂、J₃置于相同的温度环境条件下，则各材料与接合面之间会产生如图4中间所示的发电特性。即标示+10的材料A对J₁产生10个单位向右的电压值；标示-100的材料由J₁产生100个单位向右的电压值；标示-100的材料对J₂产生100个单位向左的电压值；标示+100的材料由J₂产生100个单位向左的电压值；标示+100的材料对J₃产生100个单位向右的电压值；标示+10的材料由J₃产生10个单位向左的电压值。

将上述发电特性加总至接合面上所产生的作用如图4最下方所示。即为：J₁上有一110个单位向右的电压值；J₂上有一200个单位向左的电压值；J₃上有一90个单位向右的电压值。因此若将J₂视为具有200单位电压值的正接合(Positive Junction)，则J₁即为具有-110单位电压值的负接合(NegativeJunction)且J₃即为具有-90单位电压值的负接合，三者处于相同温度条件下最后的电压值相互抵消所造成输出值为0。

因此，在发电应用设计上应要设法使J₂处于高温环境并形成较大的接触面积以造成最大的正效应输出，同时使J₃与J₁处于低温环境并形成较小的接触面积以造成最小的负效应抵销输出。

根据上述发现的接合面发电原则，依照本发明的第一实施例的一种热电发电装置的剖面示意图，如图5所示。

在图5中，热电发电装置500包括一第一热电元件502与一第二热电元件504，其中第一热电元件502的塞贝克系数大于第二热电元件504的塞贝克系数。第一热电元件502有第一外延部502a、第二热电元件504有第二外延部504a。当热源506使第一热电元件502与第二热电元件504处于加热范围508内，则第一外延部502a在加热范围508外与一第一电能输出端510电性接合而形成一第一接触面512；第二外延部504a在加热范围508外与一第二电能输出端514电性接合而形成一第二接触面516。至于第一热电元件502与第二热电元件504之间具有一电性接合面518，其为交错式接合面。电性接合面518的面积大于第一接触面512的面积，且电性接合面518的面积也大于第二接触面516的面积。由于大幅增加电性接合面518的工作面积能造成电流量与整体发电量提升。达成增加电性接合面518的面积的方法也可使用微机电制作工艺方式、接合表面微结构处理或纳米制作工艺等方式达成与加强。

当热源506供热至电性接合面518，只要电性接合面518的温度比第一、第二接触面512和516的温度高，即自热电发电装置500产生的电能，并由第一电能输出端510和第二电能输出端514与外部电路520电连接，以输出电能。而且，电性接合面518接受热源506加热时的热分布可以是非线性的，不需像传统热电发电元件需要严格控制冷热端的温度；当然电性接合面518的热分布也可以是线性的。热源506加热可以利用加热器贴合方式接近电性接合面518并传热升高其温度。热源506加热也可将整个加热范围508内的第一、第二热电元件502和504在第一、第二接触面512和516不接触热源条件下浸入至热源***(如加热槽)内撷取热量，并可在不影响电路情况下在其周边贴上或嵌入如图6A的加热鳍片600，以利热量加速传导至电性接合面518上。热源506还可以是地热、太阳热能、工业废热、家电废热、汽车废热等。在本实施例中，可以使用的第一与第二热电元件的材料示于下表一：

表一

此外，在图5中的电性接合面518是第一、第二热电元件502和504分别皆以栅状结构相接合以增加工作接触面积所构成的交错式接合面，但是本实施例并不局限于此，只要电性接合面518为交错式接合面即可。譬如图6B的电性接合面是锯齿面602。

在第一实施例中，第一、第二外延部502a与504a如为细长的线型结构，不但可大幅降低热阻率且能通过控制热阻率与导电性产生优选值关系，在减少热传导至第一、第二接触面512和516的条件下，也能确保最少的电性内损耗。第一、第二外延部502a与504a如能做好绝热处理即可减少热损而提升发电转换效率。第一、第二外延部502a与504a延伸至相对低温的环境后，以较小的第一、第二接触面512和516接合至其他材料或电路元件，将可确保第一、第二接触面512和516处于低温的环境条件下且具有较小的反向能量产生。因此，第一、第二接触面512和516的温度优选是相对低温，如相对于热源506较低的温度。在另一实施例中，可选择设置一降温设备(未绘示)来降低第一与第二接触面512和516的温度，也可采用一隔热装置(未绘示)来阻绝用于加热电性接合面518的热源506的热传至第一及第二接触面512和516；譬如，用隔热膜来包覆第一与第二接触面512和516。

请继续参照图5，热电发电装置500与外部电路520之间的第一电能输出端510与第二电能输出端514如为可挠性材料，则可根据工作环境作变化。如图6C所示，在热源的加热范围508外连接第一、第二外延部502a与504a的是电导线608a、608b。由于导线一般具有可挠性，所以能够容易地就应用环境与条件的变化作变化处理，因而大大增加本发明的应用面。于电导线608a、608b表面可包覆绝缘或隔热的材质。

此外，第一、第二外延部还能制成多段式结构。如图6D所示，第一外延部610和第二外延部612是多段构成的线形结构，且优选是分别与第一、第二热电元件502和504采用相同的材料。

图7是依照本发明的第二实施例的一种热电发电模块的示意图，在图7中使用与图5相同的元件符号表示相同或类似的构件。

第二实施例的热电发电模块700是采取串联的方式调整电压与输出值的比例，将一个个热电发电装置500用电导线702相连，并将热电发电装置500与其他材料(第一电能输出端510、第二电能输出端514与电导线702)的接触面维持在低温范围704，即可简单地达成热电发电。

图8A是依照本发明的第三实施例的一种热电发电装置的上视示意图；图8B是图8A的B-B’线段的剖面示意图。

请见图8A与图8B，第三实施例的热电发电装置800是制作在基板802上，包括第一热电元件804和第二热电元件806，热电发电装置800上方另有能将加热范围808加热的热源810。第一、第二热电元件804与806之间具有一电性接合面812，且第一热电元件804的塞贝克系数大于第二热电元件806的塞贝克系数。第一热电元件804的第一外延部804a与第二热电元件806的第二外延部806a在加热范围808外通过导电层814互相串联，并于最两端分别与第一、第二电能输出端816a和816b电性接合而形成接触面818a和818b，且电性接合面812的面积大于接触面818a和818b的面积。第三实施例的发电原理与前面的实施例相同，不同处在于本实施例的第一、第二外延部804a与806a与第一、第二热电元件804和806在尺寸上差不多。

图9A是依照本发明的第四实施例的一种热电发电装置的上视示意图；图9B是图9A的B-B’线段的剖面示意图。

请见图9A与图9B，第四实施例的热电发电装置900是制作在基板902上，包括第一热电元件904和第二热电元件906，热电发电装置900下方另有能将加热范围908加热的热源910。第一、第二热电元件904与906之间具有一电性接合面912，且第一热电元件904的塞贝克系数大于第二热电元件906的塞贝克系数。第一热电元件904的第一外延部904a与第二热电元件906的第二外延部906a在加热范围908外通过导电层914互相串联，并于最两端分别与第一、第二电能输出端916a和916b电性接合而形成接触面918a和918b，且电性接合面912的面积大于接触面918a和918b的面积。第四实施例的发电原理与前面的实施例相同，可参照第一实施例的各项参数。

以上各实施例的结构具有以下几点突破性的特点：

1.第一、第二热电元件的电性接合面的面积越大则发电效率越高，可轻易提升发电效率。

2.第一、第二外延部如为组细长型结构，能达成同时具有良导电与不良导热特性，使得热源至低温环境的热阻非常大而大幅降低热损，但同时完全只由热源***内所产生的电量也可顺利传导至外部而加以利用，故可大幅减少热损率而提升发电效率。

3.本实施例的热电发电装置不限制于某些传统热电发电的冷端散热概念，意即外延部与电能输出端之间的第一、第二接触面不再必须要通过散热机构而达成较低温的机制，在应用方便性、成本、降低热损而提高效率、技术门槛、体积、环境限制等方面而言，都具有突破性的优势。

4.整体模块结构具有仅需热源即可发电的特性，能省略某些传统的主动式冷却机制***。由于不像某些传统热电发电机需在冷端作散热作业，造成热源的热量大幅浪费散逸至空气中导致发电效率低的问题。本实施例的热电发电装置一方面可使冷热端能维持在良好的温差条件下，一方面更可使热端的热量传输至冷端且散逸至大气中的速率大幅减低。

5.本实施例的热电发电装置撷取热源的方式，不再如同某些传统结构的限制仅能将其中一面贴于一热源面上，更可将第一、第二热电元件整个放置于热源***内，在应用上的突破性非常可观。

此外，本发明的热电发电装置中还可设置补偿热电结构，以形成与电性接合面的电流同向的补偿电压，其电路如图10所示。当热源的加热范围1000不但包括第一、第二热电元件TE1和TE2的电性接合面还影响到TE1和TE2与其他材料的输出线路1002和1004的接触面1006、1008时，需要另设置一个补偿热电结构1010，以补偿接触面1006、1008的负向电压，即负接合(Negative Junction)。以下是具有几种不同类型的补偿热电结构的热电发电装置的实施例。

图11A是依照本发明的第五实施例的第一种热电发电装置的剖面示意图。

在图11A中，热电发电装置1100包括第一、第二热电元件1102和1104、第一、第二输出线路1106和1108、和补偿热电结构1112，另外于热电发电装置1100外有一第一热源1110供热，以使第一与第二热电元件1102和1104之间的第一电性接合面1114处于加热范围1120内，且第一热电元件1102的塞贝克系数大于第二热电元件1104的塞贝克系数。至于第一输出线路1106与第一热电元件1102相连而形成一第一接触面1116，第二输出线路1108则与第二热电元件1104相连而形成一第二接触面1118，且第一接触面1116和第二接触面1118都处于加热范围1120内。上述第一电性接合面1114的面积大于第一接触面1116与第二接触面1118的面积；举例来说，第一电性接合面1114譬如交错式接合面，即可具有比第一接触面1116或第二接触面1118大的接触面积。如本图所示，第一电性接合面1114可为栅状接合面；但不限于此，第一电性接合面1114也可以是锯齿状接合面。

由于第一电性接合面1114、第一接触面1116与第二接触面1118都处在相同的加热范围1120内。因此，本实施例的补偿热电结构是设置在第一热源1110的加热范围1120外，并由第一、第二补偿热电元件1122和1124构成。第二补偿热电元件1124连接第一输出线路1106与第一补偿热电元件1122，而另有一第二热源1126对第一、第二补偿热电元件1122和1124之间形成的一第二电性接合面1228供热。上述第一补偿热电元件1122的塞贝克系数大于第二补偿热电元件1124的塞贝克系数，且第二电性接合面1128的面积要大于等于第一接触面1116的面积，并通过第二热源1126加热第二电性接合面1128，以使第二电性接合面1128的温度大于等于第一接触面1116的温度，以可形成与第一电性接合面1114的电流同向且与第一接触面1116的电流反向的补偿电压。在本图中，可通过设在第一热源1110的加热范围1120内的温度传感器1130来作为第二热源1126加热的依据，且第一电性接合面1114的热分布是非线性的，也可以是线性的。

此外，第五实施例的第一、第二热电元件1102和1104也可参照第三实施例或第四实施例的方式，以导电层连接第一、第二热电元件，而成为第一电性接合面1114，故不在此赘述。

图11B是依照本发明的第五实施例的第二种热电发电装置的剖面示意图，其中使用与图11A相同的元件符号来代表相同的构件。

在图11B中，补偿热电结构1112的第一补偿热电元件1122与第一输出线路1106相连而于接近第一接触面1116的一端形成一第三接触面1132。第二补偿热电元件1124与第二输出线路1108相连而于接近第二接触面1118的一端形成一第四接触面1134。第二热源1126则供热至第三和第四接触面1132与1134，以使第三与第四接触面1132与1134的温度大于等于第一与第二接触面1116和1118的温度。

图11C是依照本发明的第五实施例的第三种热电发电装置的剖面示意图，其中使用与图11A相同的元件符号来代表相同的构件。

在图11C中，补偿热电结构1112的第一补偿热电元件1122与第二输出线路1108相连而于远离第二接触面1118的一端形成一第五接触面1136。第二补偿热电元件1124则与第一输出线路1106相连而于远离第一接触面1116的一端形成一第六接触面1138。第二热源1126则供热至第五和第六接触面1136和1138，以使第五和第六接触面1136和1138的温度大于等于第一与第二接触面1116和1118的温度。

在图11A至图11C中，第一补偿热电元件1122的材料与第一热电元件1102的材料可相同或不同，优选是相同。第二补偿热电元件1124的材料与第二热电元件1104的材料可相同或不同，优选是相同。至于第二热源1126并无限制，譬如功率加热片、地热、太阳热能、工业废热、家电废热、汽车废热等。

图11D是依照本发明的第五实施例的第四种热电发电装置的剖面示意图，其中使用与图11A相同的元件符号来代表相同的构件。

在图11D中，补偿热电结构1112可以是一冷却装置，以降低第一接触面1116以及第二接触面1118的温度，但不影响第一电性接合面1114的温度。补偿热电结构1112也可以是一隔热装置，以阻绝第一热源1110的热传至第一及第二接触面1116和1118。

在第五实施例中，第一热源1110供热至第一电性接合面1114的热分布可参照第一实施例。第一电性接合面1114的接合方式与形状也可参照第一实施例。

以上第五实施例的热电发电装置1100也可像图7一样，采取串联的方式调整电压与输出值的比例，将一个个热电发电装置1100用电导线相连而形成模块。

为验证本发明的效果，以下列举一模拟实验。

首先，建立如图12依循第一实施例的接合面发电原则的热电发电装置，其中热电材料1200与1202定为Bi₂Te₃化合物材料，其热传导系数为1.6w/m□K、电阻率为le-5ohm□m，p型掺杂材料1200的塞贝克系数为210μV/k，n型掺杂材料1202的塞贝克系数为-210μV/k。p型掺杂材料1200与n型掺杂材料1202的正接合面(positive Junction)交互堆叠出50层接合面，接合面平行方向的一端点以N型热电材料再接合，另一端点则以P型热电材料再接合，由此方法电流方向将会以平行接合面的方向流动，最后等同于只有一个由50层交错面构成的单一接合面且垂直于电流方向。正接合面部分的元件为50mm×50mm×50mm的立方体。外延部结构各为长220mm、截面积0.04mm²的P型与N型热电材料。外延部结构的端点以一电阻负载结构串连成一回路。设定加热正接合面部分的整个元件，正接合面部分的元件与外延部结构的表面热传特性接设定为绝热，电阻负载结构(也为负接合(Negative Junction)形成处1204)的表面热对流系数设定为自然对流的15W/m²且接触环境温度为25℃。

利用Ansys软件的热电耦合分析功能，分析上述热电发电装置。模拟运算结果在热源输入(Input)为25mW条件下，平衡温度在正接合面为304℃(即为热端)，在电阻负载结构1204为27.8℃(即为冷端)，其电性特性曲线图如图13所示，开路电压为0.17V，短路电流为0.08A，最大转换输出功率为2.9mW，转换效率为11.2％。

改变不同热源Input瓦数的分析结果如图14所示。分析结果显示利用图12的装置，当温差为270℃时所产生的转换效率即达约11％，当输入功率(input power)持续提升使环境条件温差升至约600℃时，转换效率更高达20％。

综上所述，本发明以分离冷、热端的方法，排除某些传统热电发电装置操作时热传特性相互影响严重的问题，因此在应用上可以选择省去散热装置而大幅增加应用便利性。在模块材料特性上则材料热传导系数的影响因素将大为缩小，因此在材料发展与性能提升上仅需专注于较简单即可达成的增加power factor的开发工程，在整体发电效率上因此有很大的机会大为突破与迈进。另外，本发明还可在热电发电装置中加装补偿结构，因此应用层面更加宽广。

虽然结合以上实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (27)

1.一种热电发电装置，其特征在于所述装置包括：

第一热电元件，包括一第一外延部；以及

第二热电元件，与该第一热电元件之间具有一电性接合面，该电性接合面为交错式接合面，且该第二热电元件包括一第二外延部，其中该第一热电元件的塞贝克系数大于该第二热电元件的塞贝克系数；

该第一外延部与一第一电能输出端电性接合而形成一第一接触面，且该电性接合面的面积大于该第一接触面的面积；以及

该第二外延部与一第二电能输出端电性接合而形成一第二接触面，且该电性接合面的面积大于该第二接触面的面积。

2.如权利要求1所述的热电发电装置，其特征在于该电性接合面的热分布是非线性的或线性的。

3.该如权利要求1所述的热电发电装置，其特征在于该交错式接合面包括栅状接合面或锯齿状接合面。

4.如权利要求1所述的热电发电装置，其特征在于所述装置还包括一导电层，连接该第二热电元件与该第一热电元件而成为该电性接合面。

5.如权利要求1所述的热电发电装置，其中该第一电能输出端与该第二电能输出端为电导线。

6.如权利要求1所述的热电发电装置，其特征在于该第一外延部和该第二外延部是多段构成的线形结构。

7.如权利要求1所述的热电发电装置，其特征在于所述装置还包括一降温设备，用以降低该第一接触面的温度与该第二接触面的温度。

8.如权利要求1所述的热电发电装置，其特征在于所述装置还包括一隔热装置，以阻绝热源的热传至该第一接触面以及该第二接触面。

9.如权利要求8所述的热电发电装置，其特征在于该隔热装置包括包覆该第一接触面与该第二接触面的隔热膜。

10.如权利要求8所述的热电发电装置，其特征在于所述热源包括加热器、地热、太阳热能、工业废热、家电废热或汽车废热。

11.如权利要求8所述的热电发电装置，其特征在于该第一接触面的温度为相对该热源较低的温度。

12.如权利要求8所述的热电发电装置，其特征在于该第二接触面的温度为相对该热源较低的温度。

13.一种热电发电模块，其特征在于所述模块是由多数个如权利要求1至12中任一项所述的热电发电装置所构成。

14.一种热电发电装置，其特征在于所述装置包括：

第一热电元件；

第二热电元件，与该第一热电元件之间具有一第一电性接合面，其中该第一热电元件的塞贝克系数大于该第二热电元件的塞贝克系数；

第一输出线路，与该第一热电元件相连而形成一第一接触面，该第一电性接合面的面积大于该第一接触面的面积；

第二输出线路，与该第二热电元件相连而形成一第二接触面，该第一电性接合面的面积大于该第二接触面的面积；以及

至少一补偿热电结构，设置在该第一输出线路和该第二输出线路之间。

15.如权利要求14所述的热电发电装置，其特征在于该第一电性接合面的热分布是非线性的或线性的。

16.如权利要求14所述的热电发电装置，其特征在于该第一电性接合面包括栅状接合面、锯齿状接合面或平面。

17.如权利要求14所述的热电发电装置，其特征在于所述装置还包括一导电层，连接该第二热电元件与该第一热电元件而成为该第一电性接合面。

18.如权利要求14所述的热电发电装置，其特征在于该第一电性接合面为交错式接合面。

19.如权利要求14所述的热电发电装置，其特征在于该补偿热电结构包括一冷却装置，以降低该第一接触面以及该第二接触面的温度。

20.如权利要求14所述的热电发电装置，其特征在于该补偿热电结构包括一隔热装置，以阻绝一第一热源的热传至该第一接触面以及该第二接触面。

21.如权利要求14所述的热电发电装置，其特征在于该补偿热电结构包括：

第一补偿热电元件；以及

第二补偿热电元件，连接该第一输出线路与该第一补偿热电元件，而与第一补偿热电元件形成一第二电性接合面，其中该第一补偿热电元件的塞贝克系数大于该第二补偿热电元件的塞贝克系数，其中该第二电性接合面的面积大于等于该第一接触面的面积。

22.如权利要求14所述的热电发电装置，其特征在于该补偿热电结构包括：

第一补偿热电元件，与该第一输出线路相连而于接近该第一接触面的一端形成一第三接触面；以及

第二补偿热电元件，与该第二输出线路相连而于接近该第二接触面的一端形成一第四接触面，其中该第一补偿热电元件的塞贝克系数大于该第二补偿热电元件的塞贝克系数。

23.如权利要求14所述的热电发电装置，其特征在于该补偿热电结构包括：

第一补偿热电元件，与该第二输出线路相连而于远离该第二接触面的一端形成一第五接触面；

第二补偿热电元件，与该第一输出线路相连而于远离该第一接触面的一端形成一第六接触面，其中该第一补偿热电元件的塞贝克系数大于该第二补偿热电元件的塞贝克系数。

24.如权利要求21～23中任一项所述的热电发电装置，其特征在于该第一补偿热电元件的材料与该第一热电元件的材料相同。

25.如权利要求21～23中任一项所述的热电发电装置，其特征在于该第二补偿热电元件的材料与该第二热电元件的材料相同。

26.如权利要求14所述的热电发电装置，其特征在于该补偿热电结构用于形成与该第一电性接合面的电流同向的补偿电压。

27.一种热电发电模块，其特征在于所述模块是由多数个如权利要求14至23中任一项所述的热电发电装置所构成。

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