[发明专利]热温磁形四梯度耦合高效热电直转发电装置及发电方法

说明书

本发明涉及的是热温磁形四梯度耦合高效热电直转发电装置及发电方法，其中热温磁形四梯度耦合高效热电直转发电装置包括热源加热炉、高温换热器、梯形热电材料棒、小型辅助冷却器、外伸电极、外输电联接器、梯级（电）磁铁装置、外输电路，将梯形热电材料棒的一端通过热源加热炉和高温换热器对其加热，形成高温端，梯形热电材料棒的另一端设置小型辅助冷却器，形成低温端，使梯形热电材料棒两端产生温差，将高温端、低温端分别连接外伸电极和外输电联接器，两个外输电联接器与外输电路连接。本发明实现了均匀递减的磁场工艺，温磁双梯度高效直电工艺，热温磁形四梯度高效直电发电工艺,外磁场强度变化与高低温梯度相耦合，达到节材料节能的目的。

技术领域

本发明涉及热静电发电技术，具体涉及热温磁形四梯度耦合高效热电直转发电装置及发电方法。

背景技术

电力能源是目前应用最广、使用最方便的能源。因此，人们都在研究如何环保、高效、低成本地把其他形式的能源（如煤油气等化石能源、风能、光能、水力能、海洋能、地热能、生物质能等能源）转化为电能。

目前大多数电能来自于热能。而热能转化为电能的工艺方法还是采用比较传统、过程复杂、设备体系庞大的中介汽化动力工艺。基本通用流程为：1、生产热能（化石能源煤油气等燃料、热核反应堆热量及地热等）；2、加热升温中间汽化介质（水、氨水等易汽化介质）；3、中间介质汽化膨胀形成动力对外做功；4、汽轮机把蒸汽膨胀动能转化为旋转动力能量；5、旋转轴带动发电机转子产生电能。

以上通用的热电转换模式不仅转换效率低（难以超过40%），而且工艺复杂、设备多、高压容器危险、运动动力设备多、安全可靠性低、占地房屋大、投资巨大、腐蚀磨损维修量大、生产运行时率低等众多不利因素。

无中间汽化介质、无运动设备、无噪音、体积小的高效热静发电技术（相对于热动发电技术）已显得十分重要，具有紧迫性。热静发电的基本技术原理与热电效应为：在材料棒一端加热，棒的两端有温差且连接不同材料的导体，此时棒两端产生电位差及电流的现象。目前公认的有三种热电效应：1821年德国科学家赛贝克（seebeck）发现的第一热电效应；1834年法国科学家珀尔帖（Peltier）发明的第二热电效应（也是第一热电效应的逆效应）；1850年汤姆逊（Thomson）发明的第三热电效应。

近几十年来，热电材料从金属材料发展到半导体材料；从晶体材料发展到“声子玻璃电子晶体”材料；再发展到细晶化及纳米化的较高ZT优值的热电材料；从同性材料向各向异性材料发展；从高维数向低维数材料发展，发现了零维材料具有量子尺寸效应的量子点，ZT优值从约1.0提高到3.5。但与工业化应用所要求的ZT优值5以上相差还是巨大。热电效应也难以超过5%，几乎没能超过10%的结果。

目前热静电发电ZT优值低下的主要原因：

按照目前的传统研究方向。根据seebeck第一热电效应，Peltier第二热电效应以及Thomson第三热电效应。要想得到高ZT优值的热电材料，在理论及实验上都存在很明显的相互矛盾要求。

按照ZT优值公式

式中 S—Seebeck系数,—电导率

k—热导率，T—温度

目前大多数材料的导电性高其导热性也高。而上述ZT优值公式，却要求材料的导电性高但导热性要低，这通常是一对矛盾要求。仅从材料自身的组成及结构很难满足这种矛盾要求。这也是几十年来科学家们想尽各种技术方法却很难把ZT优值提高到理想程度的主要原因。

因温差热电材料直电技术中遇到材料ZT优值难以提高的“高导电低导热”的矛盾要求。几十年来，虽然理论及实验研究有一定进步，但与实用性工业化要求还有较大差距。