[实用新型]一种大温差赛贝克发电器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种赛贝克发电器。

背景技术

1821年，德国物理学家塞贝克发现，在两种不同的金属所组成的闭合回路中，当两接触处的温度不同时，回路中会产生一个电势，此所谓“塞贝克效应”。1834年，法国实验科学家帕尔帖发现了它的反效应：两种不同的金属构成闭合回路，当回路中存在直流电流时，两个接头之间将产生温差，此所谓珀尔帖效应。1837年，俄国物理学家愣次又发现，电流的方向决定了吸收还是产生热量，发热(制冷)量的多少与电流的大小成正比。

1856年，汤姆逊利用他所创立的热力学原理对塞贝克效应和帕尔帖效应进行了全面分析，并将本来互不相干的塞贝克系数和帕尔帖系数之间建立了联系。汤姆逊认为，在绝对零度时，帕尔帖系数与塞贝克系数之间存在简单的倍数关系。在此基础上，他又从理论上预言了一种新的温差电效应，即当电流在温度不均匀的导体中流过时，导体除产生不可逆的焦耳热之外，还要吸收或放出一定的热量(称为汤姆孙热)。或者反过来，当一根金属棒的两端温度不同时，金属棒两端会形成电势差。这一现象后叫汤姆孙效应(Thomson effect)，成为继塞贝克效应和帕尔帖效应之后的第三个热电效应(thermoelectric effect)。

汤姆逊效应是导体两端有温差时产生电势的现象，帕尔帖效应是带电导体的两端产生温差(其中的一端产生热量，另一端吸收热量)的现象，两者结合起来就构成了塞贝克效应。

简言之，当两种成分不同的导体或半导体组成回路，两个接触点温度不同时，回路中就会出现电流，回路断开时在开路两端间有电动势(热电动势)，该效应成为赛贝克效应。温度每变化1℃所引起的热电动势变化量(赛贝克系数，μV/℃)值：金属5～90，半导体可比金属高十多倍，聚合物半导体比一般半导体更高。

通常情况下，塞贝克效应产生的电压极其微小，在连接处通常仅为每开尔文几微伏特。如果温差足够大，某些塞贝克装置可以产生几毫伏电压。若干个这样的装置进行一系列连接，可增加输出电压。如平行连接这些装置，可增加最大交付电流。如果能够在连接处维持巨大温差的话，极大批塞贝克装置能够提供有效的小规模电量。

为了加大温差，目前，使用普通化石燃料作热源以形成大温差塞贝发电器的实用系统首推美国专为野外使用而发展的军用电源，它们以各类军队常用的燃油燃烧产生的热量为塞贝克发电器热源。然而，随着环保意识的加强以及对传统能源未来匮缺的担心，充分利用余热发电的技术手段日益受到关注。2003年黎巴嫩大学的学者将塞贝克温差电发电器的热端与该国的一种做饭用的火炉外壁连接，冷端置于空气中，利用炉壁的高温与环境的温差来发电。该设备实验中单片元件可产生4W的电功率。

采用不同导体温差技术发电的核电池也有应用，但因为核的使用受严格的限制，无法广泛应用。另外，核的使用，在材料的获得，以及加工工艺上的约束，极难普及。总之，现有的塞贝克温差发电器冷热源端采用的方式均不太理想，不便于大规模推广。

发明内容

本实用新型的目的是为了提供一种安全、实用、经济、便于推广的大温差塞贝克发电器装置，以解决目前大功率塞贝克发电器的不足。

本实用新型利用制冷技术和气体燃烧加热技术，提高温差，使发电效率大大提高。燃料的获得很容易，如氮、甲烷、氨气、氢气等诸如此类的燃料。加工本实用新型创造的材料非常容易获取；制作工艺属成熟技术。如半导体技术、绝热技术、绝缘技术、制冷技术、加热技术等等。

半导体组成的回路中，赛贝克效应较为明显，半导体——导电能力介于导体和绝缘体之间的物质，如锗、硅、硒及大多数金属氧化物(如氧化亚铜等)。常用的半导体材料有硅和锗两种，硅具有14个电子，锗具有32个电子，其原子的最外层都是四个电子，所以都是四价元素。在四价的本征半导体中掺入微量的五价元素(如磷、砷、锑等)，形成以电子为多数载流子的N型半导体。在四价的本征半导体中掺入微量的三价元素(如硼、铝、铟等)，形成以空穴为多数载流子的P型半导体。

本实用新型还涉及几个关键词，绝热层：我们习惯上把导热系数小于0.12W/(m·℃°)的材料为绝热材料。常用的热绝缘材料有：石棉、泡沫塑料、膨胀珍珠岩等。他们的导热系数处于0.03～0.05W/(m·℃°)的范围内，是较好的热绝缘材料。效果更好的热绝缘材料，如抽真空至10Pa的粉末颗粒材料等。蒸发制冷技术：当液态物质吸收外界热量，使其沸腾蒸发，变成气态。它的吸热过程，就是制冷降温过程。燃烧加温过程：当物质燃烧释放热量，其过程就是燃烧加温过程。