[发明专利]一种热能完全转化为电能的装置

说明书

技术领域

本发明涉及温差电池，热交换器，热泵。

背景技术

目前：温差发电效率的定义是外电路中得到的有用电能I²R与热源所消耗的能量之比。热源消耗的能量包括以下几项：

①在热端吸收的珀尔帖热Q1Q1＝α2T1(T1-T0)/(R+r)

②由热端传导到冷端的热量QmQm＝K(T1-T0)式中K为热导K＝(λ1s1+λ2s2)/l式中λ1、λ2分别为两臂的热导率。

③温差电池内部，电流I流过所放出的焦耳热中，有一半将转移到热端，因而把功率还给热源。

汤姆逊热较小，可以忽略不计。

在最大输出功率条件下，即R＝r时，温差电池的效率为式中称为温差材料的品质因数。如果选则得最大效率为因此，温差发电机的效率主要取决于热端和冷端的温度和温差发电材料的品质因数Z，Z值还强烈地依赖于温度，因而对于不同的工作温度需要选取不同的材料。最早用的温差发电材料为ZnSb合金(P型),用康铜片(N型)连接，其热端温度可达400。Bi2Te3-Bi2Se3固溶体(N型)和Bi2Te3-Sb2Te3固溶体在0～300范围内具有较高品质因数(),是较好的低温温差发电材料。在300到600的中等温区,常采用PbTe或PbTe与SnTe或PbSe的固溶体、GeTe、AgSbTe2等作温差发电材料。600以上的高温发电材料有Ge-Si合金、MnTe等。人们对稀土元素的硫化物、碳硼化合物以及In-Ga-As系已作了较多的研究。在温差发电机中，在较大温差下，为了使温差电池臂的所有部分都具有较高品质因数，可采取“分段”的办法,处于不同温度的电偶臂的各段,采用不同材料或不同成分。两段电偶臂采用不同材料。这种结构当上端温度为550、温差为530时，效率可达12％。成分分段改变的温差电池，当热端温度为1000K,冷端温度为300K时效率可达12％～15％。

热交换器：是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。是用来使热量从热流体传递到冷流体，以满足规定的工艺要求的装置，是对流传热及热传导的一种工业应用如图1所示。换热器可以按不同的方式分类。按其操作过程可分为间壁式、混合式、蓄热式（或称回热式）三大类。按其表面的紧凑程度可分为紧凑式和非紧凑式两类。

热交换器的理论效率可以达到100%。

假设有潜热均匀分布的物质，有100千克温度为100摄氏度的物质命名为A，有100千克温度为0摄氏度的物质命名为B。A,B为同一物质。

假设把A和B相互接触到温度相同可得100千克温度为50摄氏度的A和100千克温度为50摄氏度的B。

假设把A，B平均分成两份后依次接触到温度相同最后可得100千克温度为37.5摄氏度的A100千克温度为62.5摄氏度的B。

假设把A，B平均分成3份后依次接触到温度相同最后可得100千克温度为31.25摄氏度的A100千克温度为68.75摄氏度的B。

假设把A，B平均分成8份后依次接触到温度相同最后可得100千克温度为19.638摄氏度的A认为是8列的平均值和100千克温度为80.362摄氏度的B认为是8行的平均值。

将8次以内的依次热交换的计算做成表格如下

假设把A，B平均分成100份后依次接触到温度相同最后可得100千克温度为5.6摄氏度的A和100千克温度为94.4摄氏度的B。

假设把A，B平均分成261份后依次接触到温度相同最后可得100千克温度为3.5摄氏度的A100千克温度为96.6摄氏度的B。

当分为无穷份最后有100千克温度为0摄氏度的A和100千克温度为100摄氏度的B。也就热交换器效率达到100%的时候。

卡诺循环

卡诺循环是由四个循环过程组成，两个绝热过程和两个等温过程。它是1824年N.L.S.卡诺（见卡诺父子）在对热机的最大可能效率问题作理论研究时提出的。卡诺假设工作物质只与两个恒温热源交换热量，没有散热、漏气、磨擦等损耗。为使过程是准静态过程，工作物质从高温热源吸热应是无温度差的等温膨胀过程，同样，向低温热源放热应是等温压缩过程。因限制只与两热源交换热量，脱离热源后只能是绝热过程。作卡诺循环的热机叫做卡诺热机。