專利名稱：熱電設(shè)備,直接能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和能量變換系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種設(shè)備及其系統(tǒng)，其進(jìn)行能量的相互轉(zhuǎn)換，或者不同形式的熱能變換器，尤其涉及一種熱電設(shè)備、直接能量變換系統(tǒng)和能量變換系統(tǒng)，其直接地把自然界中存在的熱能變換或變換成電能和化學(xué)能。
背景技術(shù)：
因?yàn)楸景l(fā)明是根據(jù)公知和公用的技術(shù)(借助于熱電變換器實(shí)現(xiàn)的能量利用形式)研發(fā)的，而沒有進(jìn)行相關(guān)的技術(shù)研究，由本申請(qǐng)人知道的相關(guān)技術(shù)不落在成文的公知的發(fā)明內(nèi)。下面將說明公知的和公用的能量利用的形式。
在能量利用的近來的一些形式中，大多數(shù)不可逆地利用化石燃料、原子能和水力發(fā)電。特別是，化石燃料的消耗是增加全球變暖和環(huán)境破壞的一個(gè)因素。隨著作為所謂的清潔能源的光伏功率、風(fēng)力或氫氣的消耗，直到最近才開始致力于減輕加于環(huán)境的負(fù)擔(dān)，但是距離代替化石燃料和原子能還很遙遠(yuǎn)。
使用賽貝克(Seebeck)效應(yīng)(下文稱為賽貝克裝置)的熱電變換器已知是一種用于把自然界中存在的熱能變換成可以直接使用的形式，例如電力，并且正在研發(fā)化石燃料和原子能的替代的能量。賽貝克裝置構(gòu)造成使具有不同的賽貝克系數(shù)的兩種類型的導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)相互接觸，兩個(gè)導(dǎo)體的自由電子的數(shù)量之間的差使電子運(yùn)動(dòng)以在兩個(gè)導(dǎo)體之間產(chǎn)生電位差。把熱能施加于接觸部分上，以便使自由電子積極地運(yùn)動(dòng)，這使得熱能被轉(zhuǎn)換成電能。這被稱為熱電效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
不過，直接的發(fā)電機(jī)裝置例如上述的賽貝克裝置不能獲得足夠的電能，因而只限于作為小規(guī)模的能源。因此，實(shí)際上，應(yīng)用形式也具有限制。
一般地說，上述的賽貝克裝置是一種使加熱模塊(高溫側(cè))和冷卻模塊(低溫側(cè))組合的裝置。此外，利用珀?duì)柼?Peltier)效應(yīng)的熱電裝置(下文稱為珀?duì)柼b置)也是一種組合熱吸收模塊和熱產(chǎn)生模塊的裝置。更具體地說，在賽貝克裝置中，加熱模塊和冷卻模塊相互進(jìn)行熱干擾，且在珀?duì)柼b置中，熱吸收模塊和熱產(chǎn)生模塊相互進(jìn)行熱干擾。因而，賽貝克效應(yīng)和珀?duì)柼?yīng)隨時(shí)間而衰減。
因此，當(dāng)珀?duì)柼b置和賽貝克裝置被用于構(gòu)成大規(guī)模能量變換設(shè)備時(shí)，因?yàn)閺?qiáng)加于設(shè)備的安裝位置上的物理限制使得這成為不現(xiàn)實(shí)的。此外，使用典型的珀?duì)柼b置和賽貝克裝置的能量利用是單向利用。例如，尚未具有一種技術(shù)構(gòu)思用來構(gòu)造一種循環(huán)的形式，以使得被使用過的能量再次被使用。
將來的能量研發(fā)必須不會(huì)引起全球變暖或環(huán)境破壞，并且能夠再利用。這對(duì)于將來的能量開發(fā)是一個(gè)基本的重要的問題。
本發(fā)明是為了解決這個(gè)問題，并且本發(fā)明要提供一種熱電設(shè)備、一種直接的能量變換系統(tǒng)和一種能量變換系統(tǒng)，其利用(再利用)自然界中的熱能，沒有污染的存在于自然界中取之不盡的能量，獲得各種形式的能量，例如熱能、電能和化學(xué)能。
能夠獲得滿足所述目的的能源的系統(tǒng)需要具有一個(gè)熱開放系統(tǒng)和循環(huán)型的形式。更具體地說，本發(fā)明提供一種電路系統(tǒng)，其可以通過在分開給定距離的區(qū)域之間的珀?duì)柼b置進(jìn)行熱能傳遞，通過賽貝克裝置直接把熱能變換成電位能，并利用電解液和水的電解把電位能轉(zhuǎn)換成化學(xué)位能以便容易地存儲(chǔ)、積累和傳遞能量。
例如，所述系統(tǒng)可以有效地利用和再利用自然界中的熱能而不利用化石燃料，把熱能變換成電能作為電力加以利用，將電能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能，并因而構(gòu)成一個(gè)開放的能量循環(huán)系統(tǒng)。因此，可以提供一種直接的能量變換系統(tǒng)，其可以減少全球變暖并具有極小的有污染伴隨著的環(huán)境負(fù)擔(dān)。


通過結(jié)合附圖考慮下面的詳細(xì)說明可以人容易地理解本發(fā)明的教導(dǎo)，其中圖1是利用能帶說明珀?duì)柼?yīng)和賽貝克效應(yīng)的原理的示意圖；圖2是用于說明可被隔開一個(gè)給定距離的在第一實(shí)施例中的一對(duì)珀?duì)柼?yīng)熱傳遞電路系統(tǒng)的示意圖；圖3是用于說明在珀?duì)柼?yīng)中相對(duì)于時(shí)間改變的溫度的改變的圖；圖4是用于說明在珀?duì)柼?yīng)中相對(duì)于時(shí)間改變的溫度的改變的圖；圖5是表示相對(duì)于電流的改變的溫度的改變的圖；圖6是表示相對(duì)于電流的改變的溫度的改變的圖；圖7是表示可被分開一個(gè)給定的距離并借助于賽貝克效應(yīng)由熱能變換成電能的在第二實(shí)施例中的一對(duì)電路系統(tǒng)的示意圖；圖8是表示一種自驅(qū)動(dòng)的熱傳遞系統(tǒng)的示意圖，用于說明在第三實(shí)施例中的使用熱電設(shè)備的直接能量變換系統(tǒng)；圖9是表示相對(duì)于溫差的改變的電動(dòng)勢(shì)的圖；圖10是一個(gè)示意的電路圖，表示一種自驅(qū)動(dòng)熱傳遞系統(tǒng)，其說明在第四實(shí)施例中的使用熱電設(shè)備的直接能量變換系統(tǒng)；圖11是一個(gè)示意的電路圖，表示一種自驅(qū)動(dòng)熱傳遞系統(tǒng)，用于說明在第五實(shí)施例中的使用熱電設(shè)備的直接能量變換系統(tǒng)；圖12是一個(gè)示意的電路圖，表示一種自驅(qū)動(dòng)熱傳遞系統(tǒng)，用于說明在第六實(shí)施例中的使用熱電設(shè)備的直接能量變換系統(tǒng)；圖13是一個(gè)示意的電路圖，表示一種自驅(qū)動(dòng)熱傳遞系統(tǒng)，用于說明在第七實(shí)施例中的使用熱電設(shè)備的直接能量變換系統(tǒng)；圖14是一個(gè)示意的電路圖，表示一種自驅(qū)動(dòng)熱傳遞系統(tǒng)，用于說明在第八實(shí)施例中的使用熱電設(shè)備的直接能量變換系統(tǒng)；圖15是一個(gè)示意的電路圖，表示一種自驅(qū)動(dòng)熱傳遞系統(tǒng)，用于說明在第九實(shí)施例中的使用熱電設(shè)備的直接能量變換系統(tǒng)；圖16是一個(gè)示意的電路圖，表示一種自驅(qū)動(dòng)熱傳遞系統(tǒng)，表示在第十實(shí)施例中的使用熱電設(shè)備的直接能量變換系統(tǒng)；圖17是用于說明在第一個(gè)例子中的熱電變換器設(shè)備和直接能量變換系統(tǒng)的示意圖；以及圖18是用于說明在第二個(gè)例子中的熱電變換器設(shè)備和直接能量變換系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面說明本發(fā)明的實(shí)施例。
如發(fā)明內(nèi)容中所述，賽貝克裝置(或珀?duì)柼b置)具有由以下的事實(shí)引起的問題加熱模塊和冷卻模塊組合(或者熱吸收模塊和熱產(chǎn)生模塊組合)成一個(gè)裝置。因此，為了解決這個(gè)問題，本發(fā)明人把注意力集中在使賽貝克裝置(珀?duì)柼b置)的加熱模塊和冷卻模塊(熱吸收模塊和熱產(chǎn)生模塊)分離上。然后進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)以便證實(shí)是否加熱模塊可以和冷卻模塊分離(熱吸收模塊可以和熱產(chǎn)生模塊分離)，而裝置仍然具有這樣的特征，即加熱模塊和冷卻模塊(熱吸收模塊和熱產(chǎn)生模塊)可以被單獨(dú)地配置。
下面參照附圖詳細(xì)說明按照本發(fā)明的實(shí)施例的熱電設(shè)備、直接能量變換系統(tǒng)和能量變換系統(tǒng)。在這些實(shí)施例中，利用自然能的整個(gè)直接能量變換系統(tǒng)以一個(gè)開放的系統(tǒng)操作，因而需要注意，不能應(yīng)用“只在一個(gè)封閉的系統(tǒng)中才成立的熵增加的原理”。
首先，說明本發(fā)明的基本技術(shù)構(gòu)思(原理)。圖1是一個(gè)示意圖，用于借助于能帶說明珀?duì)柼?yīng)和賽貝克效應(yīng)的物理機(jī)制的原理。示出了一個(gè)示意的形式，其中具有導(dǎo)電性的連接件M例如金屬被插在一個(gè)傳導(dǎo)件A(例如，在圖1中是p型半導(dǎo)體，下文稱為第一傳導(dǎo)件)和傳導(dǎo)件B(例如，在圖1中是n型半導(dǎo)體，下文稱為第二傳導(dǎo)件)之間，兩者具有不同的賽貝克系數(shù)，一個(gè)外部磁場(chǎng)從第二傳導(dǎo)件B沿著第一傳導(dǎo)件A的方向被施加。此外，在圖1中，有陰影的區(qū)域表示沒有自由電子的帶電帶(charged band)，長(zhǎng)短交替的虛線表示費(fèi)密能級(jí)VF，符號(hào)EV表示帶電帶的上端能級(jí)，符號(hào)EC表示導(dǎo)電帶的下端能級(jí)，符號(hào)EVac表示真空能級(jí)(vacuum level)。
如圖1所示，當(dāng)外部電場(chǎng)從第二傳導(dǎo)件B沿著第一傳導(dǎo)件A的方向施加時(shí)，能級(jí)被這樣排列，使得具有有限厚度的連接件M的費(fèi)密能級(jí)EF處于第一傳導(dǎo)件A的費(fèi)密能級(jí)EF以下(低能級(jí))，并且第二傳導(dǎo)件B的費(fèi)密能級(jí)EF被設(shè)置在那個(gè)能級(jí)以下(低能級(jí))。當(dāng)沒有外部電場(chǎng)施加時(shí)，傳導(dǎo)件A和B的費(fèi)密能級(jí)EF處于相同的能級(jí)。此外，當(dāng)外部電場(chǎng)從第一傳導(dǎo)件A沿著第二傳導(dǎo)件B的方向施加時(shí)，第一傳導(dǎo)件A、連接件M和第二傳導(dǎo)件B的費(fèi)密能級(jí)EF和圖1所示的能級(jí)設(shè)置相反。
圖1中的符號(hào)φA(T)、φM(T)和φB(T)分別表示第一傳導(dǎo)件A、連接件M和第二傳導(dǎo)件B的電勢(shì)(阻擋層電勢(shì))，并且是唯一地由第一傳導(dǎo)件A、連接件M和第二傳導(dǎo)件B的溫度限定的電勢(shì)，和外部電場(chǎng)的方向無關(guān)。例如，例如，當(dāng)具有電荷e的電子要跳出第一傳導(dǎo)件A、連接件M和第二傳導(dǎo)件B時(shí)，它們需要的能量分別是eφA(T)、eφM(T)、和eφB(T)。
如上所述，當(dāng)施加外部電場(chǎng)時(shí)，電子便這樣運(yùn)動(dòng)，使得第一傳導(dǎo)件A的費(fèi)密能級(jí)EF、連接件M的費(fèi)密能級(jí)EF和第二傳導(dǎo)件B的費(fèi)密能級(jí)EF為相同的能級(jí)，在第二傳導(dǎo)件B和連接件M之間的接觸電位差VBM是φB(T)-φM(T)，在連接件M和第一傳導(dǎo)件A之間的接觸電位差是φM(T)-φA(T)。
在這種狀態(tài)下，當(dāng)外部電場(chǎng)從第二傳導(dǎo)件B沿第一傳導(dǎo)件A的方向施加以便傳送電流時(shí)，在導(dǎo)電帶中的自由電子流和在與空穴的運(yùn)動(dòng)相關(guān)的帶電帶中的電子流從第一傳導(dǎo)件A沿著連接件M的方向運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而從連接件M沿著第二傳導(dǎo)件B的方向運(yùn)動(dòng)。此外，因?yàn)橛捎谕獠侩妶?chǎng)引起的自由電子的漂移速度小于自由電子的熱速度，故其可被忽略。
此處，當(dāng)把注意力集中在從第一傳導(dǎo)件A沿著連接件M的方向進(jìn)而從連接件M朝向第二傳導(dǎo)件B運(yùn)動(dòng)的自由電子流的電子群上時(shí)，在標(biāo)記的電子群中的各個(gè)電子的總能量相應(yīng)于電位能和由于熱速度而具有的動(dòng)能的總和。標(biāo)記的電子群從第一傳導(dǎo)件A朝向連接件M，并從連接件M朝向第二傳導(dǎo)件B運(yùn)動(dòng)的物理過程是一種電子地絕熱過程，其中因?yàn)槊總€(gè)連接表面的面積足夠小，使得外部能量不會(huì)添加到標(biāo)記的電子群上。
更具體地說，當(dāng)標(biāo)記的電子群從第一傳導(dǎo)件A沿著連接件M的方向并從連接件M朝向第二傳導(dǎo)件B側(cè)流動(dòng)時(shí)，電子的熱能由于在每個(gè)邊界表面(圖1中有兩個(gè)邊界表面)中電子的電位能的增加而減小，并且流入每個(gè)邊界表面的電子的熱速度被減小。
在每個(gè)邊界表面中減少的標(biāo)記的電子群的熱速度引起熱能，在非?？斓氐攘糠峙鋾r(shí)間之前，將被從自由電子群和在連接件M以及第二傳導(dǎo)件B中存在的傳導(dǎo)件原子吸收，并因而熱吸收現(xiàn)象發(fā)生在連接件M的第一傳導(dǎo)件A側(cè)和第二傳導(dǎo)件B的連接件M側(cè)之間的邊界附近。像這樣的物理過程是通過珀?duì)柼?yīng)引起熱吸收現(xiàn)象的物理機(jī)制。在第一傳導(dǎo)件A的接合件M側(cè)和連接件M的第二傳導(dǎo)件B側(cè)之間的邊界附近，沒有上述的熱吸收現(xiàn)象發(fā)生。
那么，當(dāng)外部電場(chǎng)反向而使電流的方向相反時(shí)(當(dāng)外部電場(chǎng)從第一傳導(dǎo)件A沿著第二傳導(dǎo)件B的方向施加時(shí))，和圖1所示的相反，各能級(jí)被這樣設(shè)置，使得具有有限厚度的連接件M的費(fèi)密能級(jí)EF被設(shè)置為高于第一傳導(dǎo)件A的費(fèi)密能級(jí)EF(高能級(jí))，第二傳導(dǎo)件B的費(fèi)密能級(jí)EF被設(shè)置為高于其上的能級(jí)(高能級(jí))。因?yàn)榈谝粋鲗?dǎo)件A、連接件M和第二傳導(dǎo)件B的電勢(shì)φA(T)、φM(T)、和φB(T)由第一傳導(dǎo)件A、連接件M和第二傳導(dǎo)件B的各自的溫度唯一地確定，所以大小關(guān)系不變，而電子流的方向反向。
因而，在每個(gè)邊界表面的動(dòng)能通過減少電子的電位能而增加，流入每個(gè)邊界表面的電子的熱速度增加，因而在連接件M的第二傳導(dǎo)件B側(cè)和第一傳導(dǎo)件A的連接件M側(cè)之間的每個(gè)邊界附近發(fā)生熱產(chǎn)生現(xiàn)象。此外，在第二傳導(dǎo)件B的連接件M側(cè)和連接件M的第一傳導(dǎo)件A側(cè)之間的邊界附近不發(fā)生熱產(chǎn)生現(xiàn)象。
為了傳輸電流，需要構(gòu)成閉合電路。在典型的珀?duì)柼b置中，珀?duì)柼b置電路構(gòu)成為使得具有傳導(dǎo)件A(T)、連接件M(T)和傳導(dǎo)件B(T)的連接結(jié)構(gòu)，其中具有小的絕對(duì)賽貝克系數(shù)的連接件M被插在第一傳導(dǎo)件A和第二傳導(dǎo)件B之間，并通過外部電源在其間傳輸電流。在這樣構(gòu)成的珀?duì)柼b置電路中，在第一傳導(dǎo)件A和第二傳導(dǎo)件B之間的絕對(duì)賽貝克系數(shù)的差越大，由珀?duì)柼?yīng)引起的熱產(chǎn)生值或熱吸收值越大。絕對(duì)賽貝克系數(shù)是對(duì)于具有溫度相關(guān)性的傳導(dǎo)件唯一的系數(shù)。
在這樣構(gòu)成的閉路的帕耳帖裝置電路中，除非足夠大的散熱件(具有高的散熱效果的部件)除去在熱產(chǎn)生側(cè)上的熱產(chǎn)生能量，傳導(dǎo)件A(T)，連接件M(T)以及傳導(dǎo)件B(T)的導(dǎo)電帶會(huì)具有極高的溫度，這是因?yàn)檫@些元件具有良好的導(dǎo)熱性，例如如圖1所示。
因而，在帶電帶中的大量的電子被熱激發(fā)到導(dǎo)電帶中，費(fèi)密能級(jí)EF被大大增加，使得所有三個(gè)導(dǎo)體的電位相等，即φA(T)＝φM(T)＝φB(T)。當(dāng)達(dá)到這個(gè)狀態(tài)時(shí)，從原理上所述的帕耳帖效應(yīng)便不復(fù)存在，外部附加的電力只用于焦耳加熱這三個(gè)導(dǎo)電帶中的電阻而被消耗。為了不進(jìn)入這個(gè)狀態(tài)，在其中具有帕耳帖裝置電路的一般的家用電氣設(shè)備和計(jì)算機(jī)中，采用一種結(jié)構(gòu)，其中大的吸熱體和散熱材料或電扇被設(shè)置在帕耳帖裝置的熱產(chǎn)生側(cè)上(在熱產(chǎn)生側(cè)附近)，用于抑制帕耳帖效應(yīng)的消散。
與此相反，在本發(fā)明中，具有優(yōu)良的電特性(例如導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性)的耦接材料(例如兩個(gè)導(dǎo)線材料)被用于以預(yù)定距離分離帕耳帖裝置電路的熱產(chǎn)生側(cè)和熱吸收側(cè)，從而形成一種熱開放系統(tǒng)(例如利用耦接件(長(zhǎng)距離的導(dǎo)線材料)，其可以獲得一個(gè)距離使得不發(fā)生熱產(chǎn)生側(cè)和熱吸收側(cè)之間的相互的熱干擾)，并且熱產(chǎn)生側(cè)和熱吸收側(cè)被置于熱獨(dú)立的環(huán)境中(不同溫度的環(huán)境中)，以便防止帕耳帖效應(yīng)永久不會(huì)被消散，并且可以利用帕耳帖效應(yīng)。
在這樣構(gòu)成的珀?duì)柼b置電路中，當(dāng)不施加圖1所示的外部電場(chǎng)時(shí)，當(dāng)溫度T升高時(shí)，借助于熱激發(fā)，在導(dǎo)電帶中的電子的數(shù)量和帶電帶中的空穴的數(shù)量增加。因而，使更多的電子運(yùn)動(dòng)，使得在第一傳導(dǎo)件A側(cè)上的費(fèi)密能級(jí)EF、連接件M的費(fèi)密能級(jí)EF以及第二傳導(dǎo)件B側(cè)的費(fèi)密能級(jí)EF具有相等的能級(jí)，且在第一傳導(dǎo)件A和連接件M之間的接觸電位差(即eφA(T)-eφM(T))變大。
在圖1所示的兩組結(jié)構(gòu)不施加任何電場(chǎng)串聯(lián)連接的情況下，即，在由第一傳導(dǎo)件A(Tα)與第二傳導(dǎo)件B(Tα)形成的單元和由第一傳導(dǎo)件A(Tβ)與第二傳導(dǎo)件B(Tβ)形成的單元利用耦接件(例如導(dǎo)線材料)電氣串聯(lián)的情況下，當(dāng)溫差(Tα)-(Tβ)增加時(shí)，串聯(lián)的電位差電壓V增大。電壓V相應(yīng)于由于賽貝克效應(yīng)而產(chǎn)生的輸出電壓。
本發(fā)明借助于利用耦接件連接兩組由具有不同的賽貝克系數(shù)的兩個(gè)傳導(dǎo)件構(gòu)成的單元構(gòu)成，通過外部電場(chǎng)傳輸電流的珀?duì)柼?yīng)和不施加任何外部電場(chǎng)地串聯(lián)連接接觸電位差的賽貝克效應(yīng)具有相似的物理基礎(chǔ)。更具體地說，本發(fā)明利用具有類似物理機(jī)制的珀?duì)柼?yīng)和賽貝克效應(yīng)的兩個(gè)特征。
圖2涉及第一實(shí)施例的熱電設(shè)備，這是一個(gè)示意的電路圖，用于說明一對(duì)珀?duì)柼?yīng)熱傳遞電路系統(tǒng)，其可以在兩個(gè)熱電變換器之間自由地設(shè)置一個(gè)空間。此外，在圖2所示的每個(gè)符號(hào)中，R1和R2表示在熱吸收側(cè)和熱產(chǎn)生側(cè)(或在高溫側(cè)和低溫側(cè))上的傳導(dǎo)件的電阻，Ic表示電路電流，Rc表示連接傳導(dǎo)件的電路電阻，VEX表示外部電源電壓。在下面的所有實(shí)施例和例子中，這些符號(hào)的每一個(gè)都相同。
如圖2所示，具有不同賽貝克系數(shù)的第一傳導(dǎo)件A11和第二傳導(dǎo)件B12通過具有良好的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性的材料(例如銅、金、鉑和鋁)制成的連接件d13彼此相連，從而形成第一熱電變換器10。此外，和第一熱電變換器10類似，具有不同賽貝克系數(shù)的第一傳導(dǎo)件A21和第二傳導(dǎo)件B22通過連接件d23彼此相連，從而形成第二熱電變換器20。
此外，和連接件d13相對(duì)的第一傳導(dǎo)件A11、第二傳導(dǎo)件B12的表面利用具有良好的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性的耦接件(由銅、金、鉑和鋁制成的導(dǎo)線材料)24和與連接件d23相對(duì)的第一傳導(dǎo)件A21、第二傳導(dǎo)件B22的表面相連。然后，直流電源Ex和耦接件24的一部分(例如一個(gè)傳導(dǎo)件的中心部分)串聯(lián)，從而構(gòu)成具有連接件13和23的一對(duì)珀?duì)柼?yīng)熱傳遞電路系統(tǒng)，分別作為熱吸收模塊和熱產(chǎn)生模塊。
需要使耦接件24具有這樣的長(zhǎng)度，使得至少第一熱電變換器10和第二熱電變換器20不相互發(fā)生熱干擾。理論上，該長(zhǎng)度可以被不同地設(shè)置，從大約幾微米的長(zhǎng)度到幾百公里的長(zhǎng)度。
這樣構(gòu)成的電路系統(tǒng)是一種可以以給定的距離分開熱吸收模塊(即，負(fù)的熱能源)和熱產(chǎn)生模塊(即，正的熱能源)的系統(tǒng)，從而獨(dú)立地利用正負(fù)兩個(gè)熱能源。
此外，在利用耦接件24進(jìn)行熱電變換器10和20之間的連接時(shí)，除去連接件(d13，d23)和傳導(dǎo)件(A11，B12，B21，B22)接觸的部分之外(下文稱為連接件相對(duì)部分)，耦接件直接和各個(gè)傳導(dǎo)件相連也是可接受的。此外，例如，如圖2所示，如果需要，導(dǎo)電板(例如銅、金、鉑和鋁)d14可以和連接件相對(duì)部分相連，并且一個(gè)端子(例如銅、金、鉑和鋁)d15再和導(dǎo)電板d14相連。
這里，以圖2所示的結(jié)構(gòu)的電路進(jìn)行了實(shí)證實(shí)驗(yàn)，其中使用典型的π型pn結(jié)器件(例如由Melcor，USA生產(chǎn)的CP-249-06L和CP2-8-31-08L)作為熱電變換器10和20，第一熱電變換器10和第二熱電變換器20被分開5mm或2mm的距離(耦接件24(銅線)的長(zhǎng)度)，通過外部直流電源把電流饋入電路。
結(jié)果，在電路的兩端(即，連接件d13和d23)，在第一熱電變換器10和第二熱電變換器20中發(fā)生了由珀?duì)柼?yīng)產(chǎn)生的熱吸收現(xiàn)象和熱產(chǎn)生現(xiàn)象，而且證實(shí)了珀?duì)柼?yīng)不被消散，并且在熱吸收模塊的第一熱電變換器10和熱產(chǎn)生模塊的第二熱電變換器20分離的結(jié)構(gòu)中也被保持。此外，當(dāng)饋入的電流的方向反向時(shí)，還證實(shí)了在兩端的熱吸收現(xiàn)象和熱產(chǎn)生現(xiàn)象被反向。
接著，當(dāng)在圖2的電路中第一熱電變換器10和第二熱電變換器20之間的距離分開5mm時(shí)，由外部直流電源饋入電流。如圖3所示，其表示第二熱電變換器20的熱產(chǎn)生模塊的溫度(連接件d23的溫度)Tβ被熱傳導(dǎo)到第一熱電變換器10的熱吸收模塊側(cè)，從而逐漸增加第一熱電變換器10的熱吸收模塊的溫度(連接件d13的溫度)Tα。
在另一方面，當(dāng)?shù)谝粺犭娮儞Q器10和第二熱電變換器20之間的距離是2m時(shí)，如圖4所示，其表示第二熱電變換器20的熱產(chǎn)生模塊的熱沒有被熱傳遞到第一熱電變換器10的熱吸收模塊側(cè)，因而第一熱電變換器10側(cè)不和第二熱電變換器20側(cè)發(fā)生相互的熱干擾。更具體地說，這揭示了其取決于外部熱能降。
于是，獲得了3次的數(shù)據(jù)，每次都是在圖2所示的電路中的第一熱電變換器10的熱吸收模塊借助于外部熱源進(jìn)行人工的熱控制，以便保持10℃的溫度(當(dāng)被熱控制時(shí))的情況下，以及在第一熱電變換器10的熱吸收模塊的溫度Tα和第二熱電變換器20的熱產(chǎn)生模塊的溫度Tβ變得均衡的狀態(tài)下不進(jìn)行人工熱控制(在加熱之前)的情況下獲得數(shù)據(jù)。第二熱電變換器20的熱產(chǎn)生模塊的溫度改變(℃)和溫度變化(ΔTβ(℃))相對(duì)于外部直流電源的電流的改變被測(cè)量，其結(jié)果示于圖5和圖6。
此外，在圖5中，符號(hào)實(shí)心鉆石、實(shí)心方塊和實(shí)心矩形分別表示當(dāng)被熱控制時(shí)第一、第二和第三次的測(cè)量值；符號(hào)星號(hào)、跟隨的圓圈(follow circle)和加號(hào)分別表示在加熱之前第一、第二和第三次的測(cè)量值；符號(hào)實(shí)心圓圈和減號(hào)分別表示在加熱之前和進(jìn)行熱控制時(shí)的測(cè)量值的平均值。此外，在圖6中，符號(hào)星號(hào)、實(shí)心圓圈和實(shí)心方塊分別表示在圖5中第一、第二和第三次在當(dāng)進(jìn)行熱控制和加熱之前的情況下之間的溫度差；符號(hào)實(shí)心矩形表示在進(jìn)行熱控制時(shí)和加熱之前的情況下的溫度差的平均值。
圖5的結(jié)果揭示，所述的差是在被加熱之前和進(jìn)行熱控制時(shí)當(dāng)外部電源的電流增加時(shí)在熱產(chǎn)生側(cè)上的溫度中出現(xiàn)的，并且所述的溫度差也增加。更具體地說，其揭示了熱能傳遞按照來自第一熱電變換器10側(cè)的熱能輸入進(jìn)行。此外，如圖6所示，其還揭示了，溫度變化ΔTβ隨著外部電源的電流的增加而增加，并且熱能傳遞的量也增加。
因此，可以確定，圖2所示的珀?duì)柼?yīng)電路的熱能傳遞具有外部熱能輸入相關(guān)性和電流相關(guān)性，并且傳遞的量隨電流的增加而增加。更具體地說，可認(rèn)為該原理證實(shí)熱能從電路的熱吸收模塊側(cè)傳送到熱產(chǎn)生模塊側(cè)(所謂的利用導(dǎo)體中的自由電子的熱泵(heat pumping))，并且通過各導(dǎo)體中的自由電子可進(jìn)行熱能傳遞。此外，可以確認(rèn)熱能傳遞的量取決于電流，當(dāng)電流增加時(shí)傳遞量增加。
此外，關(guān)于溫度相關(guān)性，獲得至少一個(gè)這樣的距離，該距離維持“熱吸收模塊的溫度Tα＜熱產(chǎn)生模塊的溫度Tβ”的關(guān)系，可以利用和圖2所示的結(jié)構(gòu)不同的結(jié)構(gòu)獲得珀?duì)柼?yīng)。不過，優(yōu)選地，獲得一個(gè)這樣的距離，在該距離下，具有熱吸收作用的熱電變換器(下文稱為熱吸收裝置，相應(yīng)于圖2的熱電變換器10)不和具有熱產(chǎn)生作用的熱電變換器(下文稱為熱產(chǎn)生裝置，相應(yīng)于圖2中的熱電變換器20)發(fā)生相互的熱干擾。例如，在圖2所示的耦接件24中，當(dāng)提供一個(gè)長(zhǎng)度，使得至少第一熱電變換器10不和第二熱電變換器20發(fā)生相互的熱干擾時(shí)，在理論上，這個(gè)長(zhǎng)度可以從大約幾微米的極短的長(zhǎng)度到大約幾百公里或更長(zhǎng)的長(zhǎng)度被不同地設(shè)定。
外部直流電源Ex從第一實(shí)施例的圖2所示的珀?duì)柼?yīng)電路中被除去，電路的兩端，即第一熱電變換器10的連接件d13和第二熱電變換器20的連接件d23被加熱和冷卻，使得提供大約80℃的溫度差?？梢宰C實(shí)，在除去電源Ex處的端子上產(chǎn)生了0.2mV的電動(dòng)勢(shì)。此外，還可以證實(shí)，在加熱側(cè)的第一熱電變換器10和冷卻側(cè)的第二熱電變換器20被分開的結(jié)構(gòu)中，賽貝克效應(yīng)沒有被消散，并且被保持。
圖7涉及第二實(shí)施例，這是一個(gè)示意的電路圖，表示一對(duì)直接變換電路系統(tǒng)，借助于賽貝克效應(yīng)由熱能變換成電能，其可以自由地設(shè)置在兩個(gè)熱電變換器之間的空間。
在圖7所示的電路系統(tǒng)中，和圖2類似，從電路系統(tǒng)中除去了直流電源，耦接件的長(zhǎng)度被這樣調(diào)節(jié)，使得至少第一熱電變換器10不會(huì)和第二熱電變換器20發(fā)生相互的熱干擾(例如如果需要，從大約幾微米的極短的長(zhǎng)度到幾百公里的長(zhǎng)度)，并且耦接件24的一部分被切除，以形成輸出電壓端子。
在圖7所示的電路系統(tǒng)中，第一熱電變換器10的熱吸收模塊(連接件d13)和第二熱電變換器20的熱吸收模塊(連接件d23)被置于不同的溫度環(huán)境內(nèi)，并有限地保持環(huán)境溫度T1和T2中的溫度差T1-T2。因而，在不同環(huán)境中存在的熱能通過賽貝克效應(yīng)可被直接地轉(zhuǎn)換成電位能，并且例如可以用作為電源。
這里，在圖7所示結(jié)構(gòu)的電路系統(tǒng)中，使用典型的π型pn結(jié)裝置作為熱電變換器10和20，第一熱電變換器10和第二熱電變換器20隔開一個(gè)2m的距離(耦接件24(銅線)的長(zhǎng)度)，耦接件24的一部分(例如一個(gè)耦接件的中心部分)被切掉，在電路系統(tǒng)兩端的熱吸收模塊(第一熱電變換器10的連接件d13)和熱產(chǎn)生模塊(第二熱電變換器20的連接件d23)被從外部加熱和冷卻，同時(shí)由電壓測(cè)量裝置在切掉的部分測(cè)量通過賽貝克效應(yīng)輸出的電壓。這樣，可以測(cè)量正負(fù)輸出電壓。此外，當(dāng)熱產(chǎn)生模塊被加熱以及熱吸收模塊被冷卻時(shí)，可以證實(shí)輸出電壓的正和負(fù)被反向。
此外，因?yàn)橘愗惪诵?yīng)直接把溫度差轉(zhuǎn)換成電位能，例如，在圖7所示的結(jié)構(gòu)中，確保至少維持關(guān)系T1＞T2的距離，使得獲得賽貝克效應(yīng)。不過，優(yōu)選地，保證一個(gè)這樣的距離，使得至少第一熱電變換器10不會(huì)和第二熱電變換器20發(fā)生相互的熱干擾。例如，在耦接件24中，當(dāng)提供一個(gè)長(zhǎng)度，使得在理論上至少第一熱電變換器10不和第二熱電變換器20發(fā)生相互的熱干擾，該長(zhǎng)度可以被不同地設(shè)置，從大約幾微米的極短的長(zhǎng)度到幾百公里或更長(zhǎng)的長(zhǎng)度。
如上述的第一和第二實(shí)施例那樣，以前從來不會(huì)考慮到這樣的構(gòu)思，即，利用具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性的耦接件把構(gòu)成珀?duì)柼?yīng)裝置和賽貝克效應(yīng)裝置的傳導(dǎo)件分開一個(gè)給定的距離。在這種結(jié)構(gòu)中的熱能傳遞具有一種作為原理的物理機(jī)制，其中上面詳細(xì)說明的電子地?zé)峤^緣現(xiàn)象和通過具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性的耦接件以電磁波的速度傳輸?shù)碾娏?，使得即使電路系統(tǒng)中的熱吸收模塊側(cè)和熱產(chǎn)生模塊側(cè)分開一個(gè)長(zhǎng)的距離，也能進(jìn)行瞬時(shí)傳遞。
假定熱能的傳遞機(jī)制是一個(gè)電子群用電磁方式推動(dòng)其相鄰的電子群，并且這種輕微的運(yùn)動(dòng)通過導(dǎo)體中的電子群以電磁波的速度傳播，從而傳遞熱能，而不是在導(dǎo)體(例如耦接件)中自由電子群本身傳送熱能。在物理上，熱產(chǎn)生和熱吸收在電路系統(tǒng)中的任何位置獨(dú)立地發(fā)生，但是根據(jù)所構(gòu)成的電路系統(tǒng)的電流連續(xù)性原理和能量守恒定律，在傳輸相同量的電流I的熱吸收模塊和熱產(chǎn)生模塊中的熱吸收能量和熱產(chǎn)生能量因而也成為相同的量(接近相同的量)。
在第三實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的基本技術(shù)構(gòu)思，將描述用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的的特定的配置(例如在第一和第二實(shí)施例中所示的配置的特定的例子)。
圖8是一個(gè)示意的電路圖，表示一種自驅(qū)動(dòng)的熱傳遞系統(tǒng)，用于說明第三實(shí)施例中使用熱電設(shè)備(例如第一實(shí)施例的熱電設(shè)備)的直接能量變換系統(tǒng)。此外，在圖8(以及后面的圖10-16)中，Vs表示電壓輸出，Rc1，Rc2表示電路電阻，Ic表示電路電流。此外，符號(hào)30表示和圖7所示的第一熱電變換器10以及第二熱電變換器20類似的熱電變換器。此外，Is表示具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性和絕緣性能的絕緣材料(例如硅油，表面陽極化的金屬和絕緣板)。此外，在和每個(gè)熱電變換器的一部分相對(duì)的連接件上設(shè)置的導(dǎo)電板和端子與第一、第二實(shí)施例中的相同，因而它們?cè)趫D中未示出。該系統(tǒng)在這種配置下借助于下面的操作步驟(1)-(3)進(jìn)行工作。
(1)首先，和第一、第二實(shí)施例類似，第一熱電變換器10和第二熱電變換器20被置于離開一個(gè)預(yù)定距離的不同溫度(T1，T2)的環(huán)境中，和熱電變換器10的第一傳導(dǎo)件A11以及第二傳導(dǎo)件B12的部分相對(duì)的每個(gè)連接件利用具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性的耦接件24a(由銅，金，鉑，和鋁制成的導(dǎo)線材料)和與熱電變換器20的第一傳導(dǎo)件A21以及第二傳導(dǎo)件B22的部分相對(duì)的每個(gè)連接件相連。然后，使外部直流電源Ex和開關(guān)SW1與耦接件24a的一部分相連，從而構(gòu)成熱能傳遞模塊G1，其由一對(duì)珀?duì)柼?yīng)熱變換器電路系統(tǒng)構(gòu)成，其中圖2所示的連接件d13和d23被分別構(gòu)成熱吸收模塊和熱產(chǎn)生模塊。
需要對(duì)耦接件24a提供一個(gè)長(zhǎng)度，使得至少第一熱電變換器10和第二熱電變換器20之間不會(huì)發(fā)生相互的熱干擾。理論上，所述長(zhǎng)度可以被不同地設(shè)置，從大約幾微米的極短的長(zhǎng)度到幾百公里或更長(zhǎng)的長(zhǎng)度。
熱能傳遞模塊G1的開關(guān)SW1被接通，以便驅(qū)動(dòng)外部直流電源Ex。因而，熱能以在熱能傳遞模塊G1的珀?duì)柼?yīng)電路系統(tǒng)之間的一個(gè)給定的距離，從熱源側(cè)(溫度為T1的熱源側(cè))沿著電能產(chǎn)生模塊G2(電能產(chǎn)生模塊G2由2m個(gè)熱電變換器30構(gòu)成，稍后進(jìn)行說明，(m是自然數(shù)；圖8使用兩個(gè)變換器))的方向傳遞。此外，在圖8中，在熱源和熱能傳遞模塊G1之間插入絕緣材料Is。
(2)利用賽貝克效應(yīng)的電能產(chǎn)生模塊G2通過絕緣材料Is被設(shè)置在熱能傳遞模塊G1的熱產(chǎn)生側(cè)上。對(duì)于電能產(chǎn)生模塊G2，為了增加賽貝克效應(yīng)的輸出電壓，使用2n個(gè)熱電變換器30，其中的每一個(gè)由具有不同的賽貝克系數(shù)的利用連接件d33連接的第一傳導(dǎo)件A31和第二傳導(dǎo)件B32構(gòu)成(n是自然數(shù)，圖8中使用6個(gè)變換器)，每個(gè)熱電變換器30利用耦接件24b以多級(jí)串連連接。每個(gè)熱電變換器30中的熱吸收裝置30a被設(shè)置在高溫側(cè)(圖8中設(shè)置有3個(gè)裝置)，熱產(chǎn)生裝置30b被設(shè)置在低溫側(cè)(圖8中設(shè)置有3個(gè)裝置)，以便配置。開關(guān)SW2和耦接件24b的一部分相連。
開關(guān)SW2被接通，以便借助于通過絕緣材料Is傳遞的熱能把熱吸收裝置30a(熱吸收裝置30a的連接件d33)的熱吸收模塊的環(huán)境溫度加熱到溫度T2，并把熱產(chǎn)生裝置30b的熱產(chǎn)生模塊的環(huán)境溫度加熱到溫度T3，或者如果需要，把該環(huán)境溫度利用風(fēng)冷或水冷冷卻到T3。維持狀態(tài)“T2＞T3”，以便在電能產(chǎn)生模塊G2中產(chǎn)生電位能。此外，如圖8所示，當(dāng)在電能產(chǎn)生模塊G2中使用2n個(gè)熱電變換器時(shí)，電能產(chǎn)生模塊G2具有n個(gè)珀?duì)柼?yīng)電路。在熱能傳遞模塊G1中的熱產(chǎn)生側(cè)(連接件d23)上的熱能通過絕緣材料Is被吸入電能產(chǎn)生模塊G2中的熱吸收側(cè)(熱吸收裝置30a的連接件d33)，進(jìn)而被傳遞到電能產(chǎn)生模塊G2的熱產(chǎn)生側(cè)(熱吸收裝置30b的連接件d33)。
(3)電能反饋模塊G3構(gòu)成為使熱能傳遞模塊G1(耦接件24a的一部分)和電能產(chǎn)生模塊G2(耦接件24b的一部分)利用耦接件24c相連，使得在電能產(chǎn)生模塊G2中產(chǎn)生的輸出電壓(電位能)正反饋到熱能傳遞模塊G1。開關(guān)SW3和耦接件24c的一部分相連。
然后，使開關(guān)SW2和開關(guān)SW3接通，開關(guān)SW1斷開，從而切斷外部直流電源。因而，在電能產(chǎn)生模塊G2中產(chǎn)生的輸出電壓借助于電能反饋模塊G3被正反饋到熱能傳遞模塊G1，通過使用在熱能傳遞模塊G1中的珀?duì)柼?yīng)的電路保持電流被傳送通過電路，因而也維持由熱能傳遞模塊G1進(jìn)行的熱能的傳遞。更具體地說，只要熱源的熱能最后被用作模塊G1的熱源的熱能，這種電路系統(tǒng)便要保持被驅(qū)動(dòng)。
此外，圖8所示的電路系統(tǒng)熱動(dòng)態(tài)地是一個(gè)在開放的系統(tǒng)中被操作的系統(tǒng)。應(yīng)當(dāng)注意，“只在獨(dú)立地封閉的系統(tǒng)內(nèi)才成立的熵的增加原理”不能應(yīng)用于這種系統(tǒng)，并且這種電路系統(tǒng)決不會(huì)是像永動(dòng)機(jī)那樣在科學(xué)上不能實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)。
此外，為了檢查在圖8所示的電路中的電能產(chǎn)生模塊G2中的賽貝克效應(yīng)，相對(duì)于在T2和T3之間的溫差T2-T3測(cè)量電動(dòng)勢(shì)。可以證實(shí)，獲得的電動(dòng)勢(shì)隨T2-T3的增加而增大，如圖9所示。更具體地說，按照?qǐng)D8所示的電路，可以證實(shí)，在T2和T3之間的溫差被保持以便有效地產(chǎn)生和保持由賽貝克效應(yīng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)。圖9所示的這個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果也可以通過圖7所示的電路來獲得。
圖10是一個(gè)示意的電路圖，表示一種自驅(qū)動(dòng)熱傳遞系統(tǒng)，其說明在第四實(shí)施例中的使用熱電設(shè)備的直接能量變換系統(tǒng)，并且是用于說明進(jìn)一步改善圖8所示的電路系統(tǒng)的一種自驅(qū)動(dòng)的熱傳遞系統(tǒng)的示意圖。這種改進(jìn)的系統(tǒng)在所示的配置下利用下面(1)-(4)的操作步驟進(jìn)行工作。此外，和圖8相同的部分用相同的符號(hào)表示，并省略其詳細(xì)說明。
(1)在圖8所示的電路系統(tǒng)中，連接在熱電變換器10和20之間的開關(guān)SW1和外部直流電源Ex被除去，并且具有開關(guān)SW3的耦接件24c和熱電變換器10的傳導(dǎo)件A11相連，從而構(gòu)成電能反饋模塊G3。在圖10所示的電能產(chǎn)生模塊G2中，如果需要，賽貝克電路系統(tǒng)的高溫側(cè)(圖10中的熱吸收裝置30a的連接件d33)上的溫度借助于生火木材或輔助加熱器50(例如一個(gè)小尺寸的加熱器)被加熱到T3。電能產(chǎn)生模塊G2的低溫側(cè)(圖10的熱吸收裝置30b的連接件d33)被設(shè)置為環(huán)境溫度，或者所述環(huán)境溫度借助于風(fēng)冷或水冷(由冷卻裝置進(jìn)行外部冷卻)冷卻到溫度T4，并保持T3＞T4的狀態(tài)，以便提供足以電驅(qū)動(dòng)珀?duì)柼?yīng)熱傳遞模塊的賽貝克電動(dòng)勢(shì)。更具體地說，當(dāng)直接能量變換系統(tǒng)被啟動(dòng)而被使用時(shí)(開始階段)，在電能產(chǎn)生模塊G2中的熱吸收裝置中的一個(gè)或幾個(gè)被外部加熱，或者熱吸收裝置中的一個(gè)或幾個(gè)被外部冷卻。在熱吸收裝置側(cè)和熱產(chǎn)生裝置側(cè)之間產(chǎn)生環(huán)境溫差，以便使得賽貝克電路系統(tǒng)能夠獲得賽貝克效應(yīng)(在本發(fā)明的一個(gè)方面中的一個(gè)啟動(dòng)模塊(多個(gè)啟動(dòng)模塊)被配置)。
(2)電能反饋模塊G3的開關(guān)SW3被接通，以便把通過賽貝克效應(yīng)在電能產(chǎn)生模塊G2中產(chǎn)生的輸出電壓正反饋到熱能傳遞模塊G1中的珀?duì)柼?yīng)熱傳遞系統(tǒng)。
(3)在(1)中的正反饋允許通過在用于進(jìn)行熱能傳遞的熱能傳遞模塊G1中的珀?duì)柼?yīng)熱傳遞電路傳輸電流，并且該熱能增加溫度T2(在熱能傳遞模塊G1中的第二熱電變換器20的連接件增加其溫度到圖8中的溫度T2)。隨后，T2和T3具有幾乎相同的溫度，然后切斷由輔助加熱器50進(jìn)行的外部加熱。
(4)在圖10所示的電路系統(tǒng)中，最初引入的能量被局部地附加(到圖10中的熱吸收裝置30a的連接件d33上)，因而例如利用圖8所示的電路系統(tǒng)，能量可被抑制而成為小于作為在珀?duì)柼?yīng)熱能傳遞電路中的焦耳熱損失初始消耗的能量。具體地說，在大規(guī)模系統(tǒng)的情況下，其中由珀?duì)柼?yīng)實(shí)現(xiàn)的熱能傳遞電路之間的熱能傳遞距離從幾十公里到幾百公里或更長(zhǎng)，這具有重大的優(yōu)點(diǎn)。
圖11是一個(gè)示意的電路圖，表示一種自驅(qū)動(dòng)熱傳遞系統(tǒng)，用于說明在第五實(shí)施例中的使用熱電設(shè)備的直接能量變換系統(tǒng)，并且是用于說明進(jìn)一步改善類似于圖8的外部直流電源的一種自驅(qū)動(dòng)的熱傳遞系統(tǒng)的示意的電路圖。
更具體地說，在使用如圖8所示的外部直流電源Ex的電路系統(tǒng)中，構(gòu)成電解器模塊G4，其中多個(gè)熱電變換器30多級(jí)串連連接，從而借助于賽貝克效應(yīng)形成電能產(chǎn)生模塊G2，負(fù)載電路61被設(shè)置在模塊G2的輸出電壓的輸出端子上，和正反饋電路模塊(即，電能反饋模塊G3)并聯(lián)連接。作為負(fù)載電路61的一個(gè)特定的例子，例如使用一個(gè)電解器，其借助于水的電解把電位能轉(zhuǎn)換成氫氣(H2)和氧氣(O2)的化學(xué)位能。
此外，在該圖的符號(hào)中，IL表示負(fù)載電流，RL表示負(fù)載電阻，這在后面的實(shí)施例和例子中相同。此外，對(duì)于用作負(fù)載電路61的電解器，可以使用一般在市場(chǎng)上可得到的電解器。此外，熱能傳遞模塊G1和電能產(chǎn)生模塊G2的配置和圖8的相同，因而省略其詳細(xì)說明。
在第五實(shí)施例中，在電能產(chǎn)生模塊G2中產(chǎn)生的電位能可利用電解器被轉(zhuǎn)換成氫氣(H2)和氧氣(O2)的化學(xué)位能加以利用，例如，所述電解器用于電解被設(shè)置在電解器模塊G4中的水。此外，電位能到化學(xué)位能的轉(zhuǎn)換使得能夠保證能量容易地被增壓、壓縮、存儲(chǔ)、積累和輸送。
此外，化學(xué)位能通過電能反饋模塊G3被正反饋到熱能傳遞模塊G1和電能產(chǎn)生模塊G2，并因而在熱能傳遞模塊G1和電能產(chǎn)生模塊G2中使用珀?duì)柼?yīng)和賽貝克效應(yīng)保持向電路系統(tǒng)傳送電流，并且可以維持通過熱能傳遞模塊G1實(shí)現(xiàn)的熱能傳遞和通過電能產(chǎn)生模塊G2實(shí)現(xiàn)的電能產(chǎn)生。
圖12是一個(gè)示意的電路圖，表示一種自驅(qū)動(dòng)熱傳遞系統(tǒng)，用于說明在第6實(shí)施例中的使用熱電設(shè)備的直接能量變換系統(tǒng)。作為負(fù)載電路的一個(gè)特定的例子，在用于改進(jìn)圖10和11所示的系統(tǒng)的自驅(qū)動(dòng)熱傳遞系統(tǒng)中設(shè)置有用于電解水的電解器模塊G4。
在圖12所示的電路系統(tǒng)中，利用化學(xué)位能的電解器模塊G4被設(shè)置在圖10所示的系統(tǒng)上。更具體地說，這是一種借助于電解液和水的電解有效地利用傳遞的熱能、電能和化學(xué)位能的自驅(qū)動(dòng)熱傳遞系統(tǒng)。
當(dāng)圖12所示的改進(jìn)的自驅(qū)動(dòng)熱傳遞系統(tǒng)例如被安裝在日本以及全世界的地區(qū)和局部區(qū)域時(shí)，顯然，由該系統(tǒng)獲得的能量將刺激在這些地區(qū)和局部區(qū)域的經(jīng)濟(jì)和食物生產(chǎn)，與此同時(shí)，實(shí)際上可以實(shí)現(xiàn)減少全球變暖和抑制對(duì)環(huán)境的破壞，例如，這對(duì)于支持21億人口和其它的生物是特別有用的。
圖13是一個(gè)示意的電路圖，表示一種自驅(qū)動(dòng)熱傳遞系統(tǒng)，用于說明在第7實(shí)施例中的使用熱電設(shè)備的直接能量變換系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)不使用珀?duì)柼?yīng)熱能傳遞電路，來自熱源的熱能利用賽貝克效應(yīng)借助于直接熱能電能變換模塊G5被直接地變換成電位能，這是一種被配置成多級(jí)串連連接多個(gè)熱電變換器30的電路。在輸出電壓的末端，作為負(fù)載電路的一個(gè)特定例子設(shè)置有水電解器模塊G4，其例如借助于水的電解轉(zhuǎn)換成化學(xué)位能。
和電能產(chǎn)生模塊G2類似，用于直接熱能電能變換模塊G5的熱電變換器30借助于耦接件24被多級(jí)串連連接，在每個(gè)熱電變換器30中的熱吸收裝置30a被設(shè)置在高溫側(cè)(圖8中設(shè)置有3個(gè)裝置)，熱產(chǎn)生裝置30b被設(shè)置在低溫側(cè)(圖8中設(shè)置有3個(gè)裝置)。
按照第7實(shí)施例的配置，可以由自身驅(qū)動(dòng)的直接變換電路系統(tǒng)可以由熱能直接獲得電位能和化學(xué)位能。
圖14是一個(gè)示意的電路圖，表示一種自驅(qū)動(dòng)熱傳遞系統(tǒng)，用于說明在第8實(shí)施例中的使用熱電設(shè)備的直接能量變換系統(tǒng)。該系統(tǒng)進(jìn)一步改進(jìn)了圖2所示的電路系統(tǒng)，并具有多個(gè)珀?duì)柼?yīng)熱能傳遞電路(相應(yīng)于熱能傳遞模塊G1)。
首先，熱吸收裝置的多個(gè)熱電變換器10被置于不同的溫度環(huán)境中(圖14中具有5個(gè)熱電變換器10，它們被置于溫度為T1a-T1e的環(huán)境中)，并且熱產(chǎn)生裝置的多個(gè)熱電變換器20被置于不同的溫度環(huán)境中(圖14中兩個(gè)熱電變換器20被置于溫度為T2a和T2b的環(huán)境中)。此外，用于熱電變換器10的環(huán)境溫度被設(shè)置為高于用于熱電變換器20的環(huán)境溫度。
然后，與每個(gè)熱電變換器10中的第一傳導(dǎo)件A11以及第二傳導(dǎo)件B12的部分相對(duì)的連接件利用耦接件24和與每個(gè)熱電變換器20中的一個(gè)或多個(gè)第一傳導(dǎo)件A21、第二傳導(dǎo)件B22的部分相對(duì)的連接件相連。此外，每個(gè)耦接件的一個(gè)或幾個(gè)部分(圖14中為2個(gè)部分)和直流電源相連。
因而，可以構(gòu)成不會(huì)損失而可以維持珀?duì)柼?yīng)的電路系統(tǒng)，熱能可被從多個(gè)不同溫度的環(huán)境中傳遞到另外的多個(gè)環(huán)境中。
圖15是一個(gè)示意的電路圖，表示一種自驅(qū)動(dòng)熱傳遞系統(tǒng)，用于說明在第9實(shí)施例中的使用熱電設(shè)備的直接能量變換系統(tǒng)。該系統(tǒng)進(jìn)一步改善了圖7所示的電路系統(tǒng)，其借助于賽貝克效應(yīng)直接把存在于不同環(huán)境中的熱能變換成電位能。
首先，把熱吸收裝置的多個(gè)熱電變換器10置于不同溫度的環(huán)境中(圖15中為溫度T1a-T1c)(圖15中3個(gè)熱電變換器10被置于溫度為T1a-T1c的環(huán)境中)，并且熱產(chǎn)生裝置的多個(gè)熱電變換器20被置于不同的溫度環(huán)境中(圖14中2個(gè)熱電變換器20被置于溫度為T2a和T2b的環(huán)境中)。此外，熱電變換器10的環(huán)境溫度被設(shè)置為高于熱電變換器20的環(huán)境溫度(例如在圖15中，T2a＜T1a＞T2b＜T1b＞T2c＜T1c＞T2d)。
然后，與每個(gè)熱電變換器10的第一傳導(dǎo)件A11以及第二傳導(dǎo)件B12的部分相對(duì)的連接件通過耦接件24和與熱電變換器20的任何一個(gè)第一傳導(dǎo)件A21以及第二傳導(dǎo)件B22的部分相對(duì)的連接件相連，因而各個(gè)熱電變換器10和20被串連連接。此外，各個(gè)耦接件的任意一個(gè)的部分被切掉，從而形成輸出電壓端子(符號(hào)VOUT)。
因而，存在于多個(gè)不同溫度的環(huán)境中的熱能通過賽貝克效應(yīng)可被直接轉(zhuǎn)換成電位能，其可以通過輸出電壓端子被用作電源。
圖16是一個(gè)示意的電路圖，表示一種自驅(qū)動(dòng)熱傳遞系統(tǒng)，表示在第10實(shí)施例中的使用熱電設(shè)備的直接能量變換系統(tǒng)。該系統(tǒng)進(jìn)一步改善了圖12所示的電路系統(tǒng)，其利用通過珀?duì)柼?yīng)熱能傳遞電路傳遞的多個(gè)環(huán)境中的熱能，并通過賽貝克效應(yīng)獲得電位能和化學(xué)位能。
首先，對(duì)于由多個(gè)熱電變換器10和20(即相應(yīng)于熱能傳遞模塊G1)構(gòu)成的珀?duì)柼?yīng)熱能傳遞電路的每個(gè)熱電變換器20，設(shè)置多個(gè)熱吸收裝置30a(對(duì)每個(gè)熱電變換器20(圖16中的溫度T3a和T3b)設(shè)置一個(gè)熱吸收裝置)，并且多個(gè)熱產(chǎn)生裝置被設(shè)置在比熱吸收裝置30a的環(huán)境溫度較低的溫度(溫度T4a)的環(huán)境中(圖16中設(shè)置一個(gè)熱產(chǎn)生裝置)。
然后，利用耦接件24使與每個(gè)熱吸收裝置30a的第一傳導(dǎo)件A11、第二傳導(dǎo)件B12的部分相對(duì)的連接件和與每個(gè)熱產(chǎn)生裝置30b的第一傳導(dǎo)件A21、第二傳導(dǎo)件B22的一個(gè)或幾個(gè)的部分相對(duì)的連接件相連(圖16中的單個(gè)連接件相對(duì)部分)。這樣，配置成借助于賽貝克效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的電能產(chǎn)生模塊G2。此外，這樣配置電能反饋模塊G3(圖中未示出)，使得電能產(chǎn)生模塊G2的輸出電壓被正反饋到熱能傳遞模塊G1的珀?duì)柼?yīng)熱傳遞系統(tǒng)。此外，負(fù)載電路61相對(duì)于電能產(chǎn)生模塊G2的輸出電壓的輸出端與電能反饋模塊G3并聯(lián)地設(shè)置，這樣配置成電解器模塊G4。
因而，可以從不同溫度下的多個(gè)環(huán)境傳遞的熱能來獲得電位能和化學(xué)位能，并且電位能和化學(xué)位能被正反饋到珀?duì)柼?yīng)熱能傳遞電路，以便使得能夠保持珀?duì)柼?yīng)而不損失珀?duì)柼?yīng)。
此外，圖2，7，8和10-16所示的配置的各個(gè)電路系統(tǒng)可以使熱吸收模塊和熱產(chǎn)生模塊(或者加熱模塊和冷卻模塊)分開一個(gè)預(yù)定距離，熱能或電位能可以被傳遞從一個(gè)短的距離(大約幾微米)到一個(gè)長(zhǎng)的距離(例如幾百公里)。更具體地說，可以構(gòu)成沒有污染的循環(huán)式的能源獲取系統(tǒng)，其可以再利用自然界中取之不盡的熱能。
此外，如圖14和16所示，通過這樣連接耦接件，以使得多個(gè)珀?duì)柼?yīng)電路相互并聯(lián)(至少兩個(gè)珀?duì)柼?yīng)電路彼此相互并聯(lián))，從而構(gòu)成直接能量變換系統(tǒng)。這樣，例如，即使在耦接件中一個(gè)或多個(gè)位置發(fā)生故障例如斷路，(例如，在圖16中的符號(hào)X處發(fā)生斷路)，也可以通過和發(fā)生故障的珀?duì)柼?yīng)電路并聯(lián)設(shè)置的珀?duì)柼?yīng)電路(沒有故障的珀?duì)柼?yīng)電路；例如在圖16中在溫度為T1a-T1c，T1e的溫度下的環(huán)境中傳遞熱能的珀?duì)柼?yīng)電路)連續(xù)地進(jìn)行熱能傳遞，因而可以穩(wěn)定地獲得電位能。
此外，關(guān)于構(gòu)成每個(gè)實(shí)施例中示出的熱電變換器的傳導(dǎo)件，固溶體作為在低溫范圍內(nèi)(例如室溫)的熱電材料是已知的，例如Bi2Te3，Bi2Se3，和Sb2Te3。關(guān)于在超過1000K的高溫范圍內(nèi)的熱電材料，除去SiGe合金之外，還有Ce3Te4，La3Te4和Nd3Te4。關(guān)于在中溫范圍內(nèi)的熱電材料，PbTe和AgSbTe-GeTe多組份(multi-compound)以及Mg2Ge-Mg2Si是已知的。優(yōu)選地，考慮使用熱電變換器的環(huán)境的溫度來選擇給定的傳導(dǎo)件。
此外，對(duì)于用于構(gòu)成熱電變換器的成對(duì)的p型和n型傳導(dǎo)件，可以使用相同的或不同的材料?？梢园凑帐褂脽犭娮儞Q器的環(huán)境的溫度選擇給定的組合。
下面說明關(guān)于熱電設(shè)備和使用所述熱電設(shè)備的作為在第1到第10實(shí)施例中的循環(huán)式能源獲取系統(tǒng)的直接能量變換系統(tǒng)的更特定的例子。
圖17是用于說明按照本發(fā)明的一個(gè)大規(guī)模的第一例子，和一種公共能源設(shè)施的特定例子的示意圖。
在圖17中，符號(hào)101a表示在珀?duì)柼?yīng)熱傳遞電路系統(tǒng)(或者多個(gè)珀?duì)柼?yīng)熱傳遞電路系統(tǒng))的熱電設(shè)備中在熱吸收側(cè)上的熱電變換器組(例如相應(yīng)于圖14中的各個(gè)第一熱電變換器10(特別相應(yīng)于第一熱電變換器10的連接件d13側(cè)))，符號(hào)101b表示在熱產(chǎn)生側(cè)(例如相應(yīng)于圖14中的各個(gè)第二熱電變換器20上的熱電變換器組(特別相應(yīng)于第二熱電變換器20中的連接件d23側(cè)))，其和熱吸收側(cè)上的熱電變換器組101a離開一個(gè)預(yù)定距離。此外，T11，T12和T2表示地區(qū)α(海水和河流)、地區(qū)β和地區(qū)γ的溫度，T11和T12被設(shè)置為高于T2的溫度。這樣構(gòu)成的珀?duì)柼?yīng)熱傳遞電路系統(tǒng)按照下面(1)-(6)所述被實(shí)現(xiàn)。
(1)因?yàn)樗旅娲蠹s10米的海水總是在穩(wěn)定的溫度下(恒溫)流動(dòng)，其終年是一種穩(wěn)定的熱能源。通過圖17所示的珀?duì)柼?yīng)熱傳遞電路系統(tǒng)，海水中的穩(wěn)定的熱能被從熱吸收側(cè)上的熱電變換器組101a傳遞(長(zhǎng)距離的能量傳遞)到熱產(chǎn)生側(cè)上的熱電變換器組101b。
賽貝克效應(yīng)裝置組(圖中未示出；相應(yīng)于圖16中的各個(gè)熱吸收裝置30a)緊密地和熱產(chǎn)生側(cè)上的熱電變換器組101b接觸，以長(zhǎng)距離傳遞的熱能通過賽貝克效應(yīng)進(jìn)行能量變換而成為電位能(例如第二到第五、第七、第九和第十實(shí)施例所述，賽貝克效應(yīng)能量變換電位能)，因而例如可以終年進(jìn)行穩(wěn)定的發(fā)電。更具體地說，可以在日本任何地方構(gòu)成利用自然能(傳遞的熱能)的無污染的基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備，例如電廠。
(2)代替如(1)在海水中熱吸收側(cè)上設(shè)置熱電變換器組101a，熱電變換器組101a被設(shè)置在河流中。河水中的熱能通過和(1)中相同的方法(用于長(zhǎng)距離能量傳遞的相同的方法)被以中距離能量傳遞到熱產(chǎn)生側(cè)上的熱電變換器設(shè)備101b。使賽貝克效應(yīng)裝置組緊密地和熱電變換器組101b接觸，以便從熱能變換成電位能。因而，可以和(1)類似地在日本任何地方構(gòu)成利用自然能的無污染的基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備，例如電廠。
(3)代替如(1)和(2)把熱電變換器組101a設(shè)置在海水和河水中的熱吸收側(cè)上，熱電變換器組101a被設(shè)置在地面上(圖17中的地區(qū)γ)，熱能被直接從地?zé)帷⒗鐝U的熱水以及太陽光的熱能取得。因而，可以和(1)、(2)類似地在日本任何地方構(gòu)成利用自然能的無污染的基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備，例如電廠。
(4)在(1)-(3)中那些地區(qū)獲得的電力(由基礎(chǔ)設(shè)施例如電廠獲得的電力)被用于水的電解，例如根據(jù)第五到第七、以及第十實(shí)施例，因而電位能被能量變換成氫氣和氧氣的化學(xué)位能。
由化學(xué)位能積累的氫氣和氧氣被增壓、壓縮和存儲(chǔ)在容器中。因而有利于運(yùn)送，因而在日本任何地區(qū)都可以供應(yīng)和存儲(chǔ)化學(xué)位能源。氫氣和氧氣再次相互反應(yīng)，從而轉(zhuǎn)換成動(dòng)力能和推力能，并供給氫燃料電池使用，因而可以按照用途加以利用。
(5)因?yàn)樵诶?4)的氫氣和氧氣的化學(xué)位能時(shí)產(chǎn)生的廢物(產(chǎn)品)是水，因而環(huán)境負(fù)擔(dān)例如污染幾乎是零。
(6)來自(1)到(5)中利用的環(huán)境的能源是由從太陽到地球的陽光轉(zhuǎn)換成熱能的一部分，這些能源作為輻射能隨時(shí)間被發(fā)射到地球的外部。示例的形式是“循環(huán)式的和可維持的能量利用”，其使用從太陽獲得的能量流的一部分。
圖18是用于說明按照本發(fā)明的一個(gè)中規(guī)模的第二例子的示意圖，是一個(gè)例如在住宅中的能源系統(tǒng)的一個(gè)特定的例子。在圖18中，符號(hào)102a表示在珀?duì)柼?yīng)熱傳遞電路系統(tǒng)(或者多個(gè)珀?duì)柼?yīng)熱傳遞電路系統(tǒng))中的熱電設(shè)備的熱吸收側(cè)上的熱電變換器組，符號(hào)102b表示在熱產(chǎn)生側(cè)上的熱電變換器組，其和熱吸收側(cè)上的熱電變換器組102a離開一個(gè)預(yù)定距離，符號(hào)103表示一種容易吸收陽光的材料(下文稱為光吸收材料，例如黑色材料)，符號(hào)104表示電氣設(shè)備例如照明設(shè)備，其按照下面的(1)-(4)所述的來實(shí)施。
(1)因?yàn)榈湫偷挠糜谖蓓數(shù)墓夥β十a(chǎn)生(photovoltaic powergeneration)裝置幾乎反射所有的太陽能，故其不能有效地利用太陽能。此時(shí)，光伏功率產(chǎn)生裝置被置于屋頂?shù)纳戏剑〉墓馕詹牧?03被置于其上，和光伏功率產(chǎn)生裝置的兩側(cè)緊密接觸，并且在熱吸收側(cè)上的熱電變換器組102a被相對(duì)于光吸收材料103設(shè)置。
因而，光吸收材料103吸收黑色能量而幾乎把全部太陽能轉(zhuǎn)換成熱能。此時(shí)，圖18所示的珀?duì)柼?yīng)熱傳遞電路系統(tǒng)允許在熱吸收側(cè)上的熱電變換器組102a吸收由所述轉(zhuǎn)換獲得的熱能，且熱電變換器組101a把其傳遞(中距離和短距離的能量傳遞)到在熱產(chǎn)生側(cè)上的熱電變換器組101b。傳遞的熱能可用于家庭空間加熱設(shè)備和用于不同用途的加熱器。在這個(gè)例子中，基本點(diǎn)在于，該系統(tǒng)不需要大的外部電功率，從太陽光獲得的能量按照不同用途被轉(zhuǎn)換成熱能，該熱能可以以各種形式加以利用。當(dāng)這個(gè)新的系統(tǒng)和光伏功率產(chǎn)生一道引入時(shí)，和只使用光伏功率產(chǎn)生裝置相比，相對(duì)于入射的太陽能的轉(zhuǎn)換的能量利用的效率被極大地提高。
(2)圖18所示的例子是在白天的熱能利用的例子，因而認(rèn)為戶外溫度高于室內(nèi)溫度。不過，例如，在夜間這種溫度關(guān)系便顛倒了。因此，在圖18所示的能源系統(tǒng)中配置一個(gè)開關(guān)裝置(圖中未示出)，例如，所述開關(guān)裝置由傳感器(圖中未示出)控制，該傳感器檢測(cè)戶外溫度和室內(nèi)溫度的變化，或者被在住宅內(nèi)的人來控制，使得在能量供應(yīng)系統(tǒng)中的熱吸收側(cè)和熱產(chǎn)生側(cè)被轉(zhuǎn)換。因而，可以進(jìn)行所需的熱能變換(例如，把室內(nèi)的熱量排到室外)。
因而，在圖18所示的珀?duì)柼?yīng)熱傳遞電路系統(tǒng)中的電流的方向被反向，例如，熱電變換器組102a、102b可被形成珀?duì)柼?yīng)熱傳遞電路系統(tǒng)的熱產(chǎn)生側(cè)和熱吸收側(cè)，而不用替換電路模塊(熱吸收側(cè)和熱產(chǎn)生側(cè)在珀?duì)柼?yīng)熱傳遞電路系統(tǒng)中被轉(zhuǎn)換)。因此，可以構(gòu)成不需要大的外部電功率的制冷器和制冰機(jī)(當(dāng)使用按照本發(fā)明的改進(jìn)的珀?duì)柼?yīng)熱傳遞系統(tǒng)時(shí)，例如，可以構(gòu)成不用外部電的空氣調(diào)節(jié)器系統(tǒng))。
(3)使賽貝克效應(yīng)裝置組(圖中未示出；相應(yīng)于圖16中的各個(gè)熱吸收裝置30a)和熱產(chǎn)生側(cè)上的熱電變換器組102a(或102b)緊密接觸，在所述熱產(chǎn)生側(cè)熱能如(1)或(2)中所述被傳遞，然后傳遞的熱能通過賽貝克效應(yīng)進(jìn)行能量變換而成為電位能(例如，如第二到第五、第七，第九和第十實(shí)施例所述，通過賽貝克效應(yīng)進(jìn)行能量變換而成為電位能)。因而，例如可以在各地區(qū)或住宅內(nèi)構(gòu)成中規(guī)模的發(fā)電機(jī)。
(4)在(3)中的中規(guī)模的發(fā)電機(jī)，例如，根據(jù)第五到第七和第十實(shí)施例被用于進(jìn)行水的電解，然后可以把電位能通過能量變換而成為氫氣和氧氣的化學(xué)位能。因此，和第一個(gè)例子類似，可以在各地區(qū)和住宅內(nèi)安裝適用于各種用途的利用化學(xué)能的系統(tǒng)。
例如，在生活環(huán)境周圍的空氣總是具有一些熱能，除非其處于絕對(duì)零度0開爾文。由生活環(huán)境周圍的空氣保持的熱能被利用，即，下面要說明的小規(guī)模的例子。
(1)在珀?duì)柼?yīng)熱傳遞電路系統(tǒng)(或者多個(gè)珀?duì)柼?yīng)熱傳遞電路系統(tǒng))中，在熱吸收側(cè)上的熱電變換器(或變換器組)被置于離開熱產(chǎn)生側(cè)上的熱電變換器(或變換器組)所需的距離(在熱吸收側(cè)上的珀?duì)柼?yīng)裝置組不會(huì)和在熱產(chǎn)生側(cè)上的珀?duì)柼?yīng)裝置組發(fā)生相互熱干擾的一個(gè)距離)。因?yàn)槔绺鶕?jù)第一實(shí)施例，在珀?duì)柼?yīng)熱傳遞電路系統(tǒng)中的兩個(gè)熱電變換器組按照用途可以被獨(dú)立地使用，所以制冷側(cè)被設(shè)置在室內(nèi)的空氣調(diào)節(jié)器和電冰箱或冷藏室中，熱產(chǎn)生側(cè)被設(shè)置在水加熱器、鍋和烹調(diào)加熱器上。因而，制冷器(冷卻)和加熱器可以在住宅內(nèi)以成對(duì)的形式被使用，而不使用大的外部電功率(此外，也在這種情況下，當(dāng)使用改進(jìn)的珀?duì)柼?yīng)熱傳遞系統(tǒng)時(shí)，可以使用具有冷卻和加熱作用的成對(duì)的各種家用設(shè)備而不使用外部電功率)。
(2)此外，珀?duì)柼?yīng)熱傳遞電路系統(tǒng)的體積可被減少到可以便攜的形式。因而，例如對(duì)于室內(nèi)、室外和野營(yíng)的面積，可以生產(chǎn)具有冷卻和加熱的各種成對(duì)的設(shè)備，例如小體積的冰箱、鍋和烹調(diào)設(shè)備。
(3)下面說明用于在大、中、小型計(jì)算機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)、小型電源、固體、液體和氣體中除去不需要的熱量的方案以及利用所述除去的熱量的方案。
例如，在典型的計(jì)算機(jī)內(nèi)，中央處理單元(CPU)裝置是在工作著的計(jì)算機(jī)中主要的熱產(chǎn)生源。為了除去CPU裝置的熱量，當(dāng)前使用冷卻熱模塊，其具有大約1cm的厚度，其中使用珀?duì)柼?yīng)裝置，使珀?duì)柼?yīng)裝置的熱吸收側(cè)和CPU裝置緊密接觸，在熱產(chǎn)生側(cè)上安裝有用于除去熱量散熱器板和小型風(fēng)扇(小風(fēng)扇)，用于強(qiáng)制排熱。因此，這具有不可避免的問題，即電能浪費(fèi)、由風(fēng)扇引起的氣流噪聲以及其它噪聲。
在另一方面，當(dāng)使用本發(fā)明時(shí)，在珀?duì)柼?yīng)熱傳遞電路系統(tǒng)中的熱吸收側(cè)和熱產(chǎn)生側(cè)之間的空間利用具有良好的導(dǎo)熱性的耦接件相互隔開幾厘米到幾米的距離，例如按照計(jì)算機(jī)的尺寸，使熱吸收側(cè)和CPU裝置緊密接觸，并把熱產(chǎn)生側(cè)安裝在大的表面積的計(jì)算機(jī)機(jī)箱和外部散熱金屬物體上，或者安裝在水加熱器上。因而，可以實(shí)現(xiàn)無噪聲地散熱，并同時(shí)節(jié)約電能。
此外，在本發(fā)明中，按照使用改進(jìn)的珀?duì)柼?yīng)熱傳遞系統(tǒng)和不需要外部電功率的電路系統(tǒng)，除了計(jì)算機(jī)之外，可以使用于除去固體、液體和氣體中的不需要的熱量的小型電源和小型裝置商品化。
下面是本發(fā)明的一些其它的示例的應(yīng)用。在液體的情況下，例如在銷售冷飲或熱飲的自動(dòng)售貨機(jī)中，珀?duì)柼?yīng)熱傳遞電路系統(tǒng)中的熱吸收側(cè)被置于冷飲側(cè)上，珀?duì)柼?yīng)熱傳遞電路系統(tǒng)的熱產(chǎn)生側(cè)被置于熱飲側(cè)上。因而，可以開發(fā)這種使用改進(jìn)的珀?duì)柼?yīng)熱傳遞系統(tǒng)的自動(dòng)售貨機(jī)，其可以大大減小外部電功率并且不需要外部電功率。
此外，在氣體的情況下，按照魚玻璃箱和肉類冷凍器使加熱器成對(duì)，因而可以實(shí)現(xiàn)一種循環(huán)型裝置，其具有冷卻、儲(chǔ)存、加熱和熱隔離的組合功能，并且使用低的能量且無污染。
所有利用按照本發(fā)明的改進(jìn)的珀?duì)柼?yīng)熱傳遞系統(tǒng)的例子都是“開放的能量再循環(huán)系統(tǒng)，其不需要燃料例如化石燃料和外部電功率，并根據(jù)自然界中的熱能和各種形式的能量變換進(jìn)行熱能傳遞”，因而可以提供“具有較小的伴隨著污染而產(chǎn)生的環(huán)境負(fù)擔(dān)的減少全球變暖的系統(tǒng)”。
如上所述，只詳細(xì)說明了本發(fā)明的特定的例子。不過，顯然，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思的范圍內(nèi)，可以作出各種改變和改型，這些改變和改型當(dāng)然落在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種熱電設(shè)備，包括珀?duì)柼?yīng)熱傳遞電路系統(tǒng)，包括多個(gè)熱電變換器，每個(gè)熱電變換器包括具有不同的賽貝克系數(shù)的第一傳導(dǎo)件和第二傳導(dǎo)件，以及用于連接所述第一傳導(dǎo)件和所述第二傳導(dǎo)件的連接件；耦接件，用于電氣地且串聯(lián)地把至少一個(gè)熱電變換器的每個(gè)中的第一傳導(dǎo)件和第二傳導(dǎo)件的每個(gè)連接件相對(duì)部分連接到所述熱電變換器的至少剩余的一個(gè)熱電變換器的每個(gè)中的第一傳導(dǎo)件和第二傳導(dǎo)件的相應(yīng)的一個(gè)連接件相對(duì)部分；以及和所述耦接件中的至少一個(gè)串聯(lián)連接的直流電源，在所述珀?duì)柼?yīng)熱傳遞電路系統(tǒng)中的熱吸收模塊的每一個(gè)被設(shè)置為離開在所述珀?duì)柼?yīng)熱傳遞電路系統(tǒng)中的熱產(chǎn)生模塊的每一個(gè)，以使得保持熱吸收模塊的溫度Tα和熱產(chǎn)生模塊的溫度Tβ為Tα＜Tβ的關(guān)系。
2.一種直接能量變換系統(tǒng)，包括直接能量變換電路系統(tǒng)，包括多個(gè)熱電變換器，每個(gè)熱電變換器包括具有不同的賽貝克系數(shù)的第一傳導(dǎo)件和第二傳導(dǎo)件，以及用于連接所述第一傳導(dǎo)件和所述第二傳導(dǎo)件的連接件，并且所述熱電變換器被設(shè)置在至少兩個(gè)不同的溫度環(huán)境中；以及耦接件，用于電氣地且串聯(lián)地把至少一個(gè)熱電變換器的每個(gè)中的第一傳導(dǎo)件和第二傳導(dǎo)件的每個(gè)連接件相對(duì)部分連接到所述熱電變換器的至少剩余的一個(gè)熱電變換器的每個(gè)中的第一傳導(dǎo)件和第二傳導(dǎo)件的相應(yīng)的一個(gè)連接件相對(duì)部分，置于高溫環(huán)境中的熱電變換器的每一個(gè)被設(shè)置成離開置于低溫環(huán)境中的熱電變換器的每一個(gè)，以使得置于高溫環(huán)境中的熱電變換器的溫度T1和置于低溫環(huán)境中的熱電變換器的溫度T2保持T1＞T2的關(guān)系，所述直接能量變換電路系統(tǒng)被配置成允許從至少一個(gè)耦接件的每一個(gè)的給定的位置提取電位能，以便把熱能變換成電位能。
3.一種能量變換系統(tǒng)，包括直接能量變換電路系統(tǒng)，包括多個(gè)熱電變換器，每個(gè)熱電變換器包括具有不同的賽貝克系數(shù)的第一傳導(dǎo)件和第二傳導(dǎo)件，以及用于連接所述第一傳導(dǎo)件和所述第二傳導(dǎo)件的連接件，并且所述熱電變換器被設(shè)置在至少兩個(gè)不同的溫度環(huán)境中；以及耦接件，用于電氣地且串聯(lián)地把與至少一個(gè)熱電變換器的每個(gè)中的第一傳導(dǎo)件和第二傳導(dǎo)件的每個(gè)連接件相對(duì)部分連接到所述熱電變換器的至少剩余的一個(gè)熱電變換器的每個(gè)中的第一傳導(dǎo)件和第二傳導(dǎo)件的相應(yīng)的一個(gè)連接件相對(duì)部分，置于高溫環(huán)境中的熱電變換器的每一個(gè)被設(shè)置成離開置于低溫環(huán)境中的熱電變換器的每一個(gè)，以使得置于高溫環(huán)境中的熱電變換器的溫度T1和置于低溫環(huán)境中的熱電變換器的溫度T2保持T1＞T2的關(guān)系，所述直接能量變換電路系統(tǒng)被配置成允許從至少一個(gè)耦接件的每一個(gè)的給定的位置提取電位能，以便把熱能變換成電位能，以及所述能量變換系統(tǒng)被配置成利用從至少一個(gè)耦接件的每個(gè)中的給定位置提取的電位能進(jìn)行電解，以便把所述電位能轉(zhuǎn)換成化學(xué)位能。
4.一種能量變換系統(tǒng)，包括包括珀?duì)柼?yīng)熱傳遞電路系統(tǒng)的熱電設(shè)備，包括多個(gè)熱電變換器，每個(gè)熱電變換器包括具有不同的賽貝克系數(shù)的第一傳導(dǎo)件和第二傳導(dǎo)件，以及用于連接所述第一傳導(dǎo)件和所述第二傳導(dǎo)件的連接件；耦接件，用于電氣地且串連地把至少一個(gè)熱電變換器的每個(gè)中的第一傳導(dǎo)件和第二傳導(dǎo)件的每個(gè)連接件相對(duì)部分連接到所述熱電變換器的至少剩余的一個(gè)熱電變換器的每個(gè)中的第一傳導(dǎo)件和第二傳導(dǎo)件的相應(yīng)的一個(gè)連接件相對(duì)部分，以及和所述耦接件中的至少一個(gè)串聯(lián)連接的直流電源，在所述珀?duì)柼?yīng)熱傳遞電路系統(tǒng)中的熱吸收模塊的每一個(gè)被設(shè)置成離開在所述珀?duì)柼?yīng)熱傳遞電路系統(tǒng)中的熱產(chǎn)生模塊的每一個(gè)，以使得保持熱吸收模塊的環(huán)境溫度T1和熱產(chǎn)生模塊的環(huán)境溫度T2具有T1＞T2的關(guān)系，所述能量變換系統(tǒng)被配置成把從熱電變換器設(shè)備獲得的熱能提供給在按照權(quán)利要求2的直接能量變換系統(tǒng)中置于高溫環(huán)境中的熱電變換器的每一個(gè)，以便獲得電位能，以及所述能量變換系統(tǒng)被配置成把所述電位能的一部分正反饋到所述熱電設(shè)備，以用作為直流電源。
5.如權(quán)利要求2-4所述的直接能量變換系統(tǒng)，其中，所述直接能量變換系統(tǒng)包括至少一組直接能量變換電路系統(tǒng)，以及多個(gè)啟動(dòng)模塊，用于借助于對(duì)所述第一傳導(dǎo)件和所述第二傳導(dǎo)件的至少之一進(jìn)行初始外部加熱和初始外部冷卻之一來提供溫差，以及其中，所述直接能量變換系統(tǒng)被配置成從由多個(gè)相互分開的位置的環(huán)境中的溫差引起的環(huán)境熱能源直接轉(zhuǎn)換成電位能。
6.如權(quán)利要求4或5所述的能量變換系統(tǒng)，還包括和所述耦接件中的至少一個(gè)位置的每一個(gè)相連的通/斷開關(guān)，其中，所述能量變換系統(tǒng)被配置成借助于轉(zhuǎn)換所述通/斷開關(guān)來控制電位能的正反饋。
7.如權(quán)利要求4或5所述的熱能變換系統(tǒng)，其中，所述熱能變換系統(tǒng)被配置成借助于轉(zhuǎn)換所述通/斷開關(guān)來控制電位能的正反饋，以及其中所述熱能變換系統(tǒng)被配置成向所述熱電設(shè)備提供電位能，以及用于切斷來自所述熱電設(shè)備的直流電源的電力供應(yīng)。
8.如權(quán)利要求4-7中任何一個(gè)所述的熱能變換系統(tǒng)，其中，所述熱能變換系統(tǒng)被配置成利用所述電位能進(jìn)行電解，以便把所述電位能轉(zhuǎn)換成化學(xué)位能。
全文摘要
本發(fā)明要提供一種能夠抑制全球變暖的自驅(qū)動(dòng)的直接能量變換系統(tǒng)，其使用一種熱產(chǎn)生設(shè)備，所述熱產(chǎn)生設(shè)備可以獲得循環(huán)式的和開放的系統(tǒng)能源，利用自然界中取之不盡的可再使用的熱能，而沒有污染。所述系統(tǒng)具有熱能傳遞模塊，其中珀?duì)柼?yīng)裝置組和賽貝克效應(yīng)裝置組分開一個(gè)給定的距離；電能產(chǎn)生模塊；和電解器模塊，其中進(jìn)行熱能的傳遞和電能的轉(zhuǎn)換，水電解器電路人工地形成氫氣和氧氣的化學(xué)能源，氫氣和氧氣容易被增壓、壓縮、積累、存儲(chǔ)和輸送。因而，利用熱能、電能和化學(xué)能。
文檔編號(hào)H01L35/28GK1720623SQ20038010526
公開日2006年1月11日 申請(qǐng)日期2003年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月6日
發(fā)明者近藤義臣 申請(qǐng)人:株式會(huì)社明電舍, 近藤義臣