專利名稱：一種大溫差賽貝克發(fā)電器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種賽貝克發(fā)電器。
背景技術：
1821年，德國物理學家塞貝克發(fā)現，在兩種不同的金屬所組成的閉合回路中，當兩 接觸處的溫度不同時，回路中會產生一個電勢，此所謂"塞貝克效應"。1834年，法國實驗科 學家帕爾帖發(fā)現了它的反效應兩種不同的金屬構成閉合回路，當回路中存在直流電流時， 兩個接頭之間將產生溫差，此所謂珀爾帖效應。1837年，俄國物理學家愣次又發(fā)現，電流的 方向決定了吸收還是產生熱量，發(fā)熱(制冷)量的多少與電流的大小成正比。
1856年，湯姆遜利用他所創(chuàng)立的熱力學原理對塞貝克效應和帕爾帖效應進行了全 面分析，并將本來互不相干的塞貝克系數和帕爾帖系數之間建立了聯系。湯姆遜認為，在 絕對零度時，帕爾帖系數與塞貝克系數之間存在簡單的倍數關系。在此基礎上，他又從理 論上預言了一種新的溫差電效應，即當電流在溫度不均勻的導體中流過時，導體除產生不 可逆的焦耳熱之外，還要吸收或放出一定的熱量(稱為湯姆孫熱)。或者反過來，當一根金 屬棒的兩端溫度不同時，金屬棒兩端會形成電勢差。這一現象后叫湯姆孫效應(Thomson effect),成為繼塞貝克效應和帕爾帖效應之后的第三個熱電效應(thermoelectric effect)。 湯姆遜效應是導體兩端有溫差時產生電勢的現象，帕爾帖效應是帶電導體的兩端 產生溫差(其中的一端產生熱量，另一端吸收熱量)的現象，兩者結合起來就構成了塞貝克 效應。 簡言之，當兩種成分不同的導體或半導體組成回路，兩個接觸點溫度不同時，回路 中就會出現電流，回路斷開時在開路兩端間有電動勢(熱電動勢)，該效應成為賽貝克效 應。溫度每變化rC所引起的熱電動勢變化量(賽貝克系數，yV/°C)值金屬5 90，半 導體可比金屬高十多倍，聚合物半導體比一般半導體更高。 通常情況下，塞貝克效應產生的電壓極其微小，在連接處通常僅為每開爾文幾微 伏特。如果溫差足夠大，某些塞貝克裝置可以產生幾毫伏電壓。若干個這樣的裝置進行一 系列連接，可增加輸出電壓。如平行連接這些裝置，可增加最大交付電流。如果能夠在連接 處維持巨大溫差的話，極大批塞貝克裝置能夠提供有效的小規(guī)模電量。 為了加大溫差，目前，使用普通化石燃料作熱源以形成大溫差塞貝發(fā)電器的實用 系統(tǒng)首推美國專為野外使用而發(fā)展的軍用電源，它們以各類軍隊常用的燃油燃燒產生的熱 量為塞貝克發(fā)電器熱源。然而，隨著環(huán)保意識的加強以及對傳統(tǒng)能源未來匱缺的擔心，充分 利用余熱發(fā)電的技術手段日益受到關注。2003年黎巴嫩大學的學者將塞貝克溫差電發(fā)電器 的熱端與該國的一種做飯用的火爐外壁連接，冷端置于空氣中，利用爐壁的高溫與環(huán)境的 溫差來發(fā)電。該設備實驗中單片元件可產生4W的電功率。 采用不同導體溫差技術發(fā)電的核電池也有應用，但因為核的使用受嚴格的限制， 無法廣泛應用。另外，核的使用，在材料的獲得，以及加工工藝上的約束，極難普及。
總之，現有的塞貝克溫差發(fā)電器冷熱源端采用的方式均不太理想，不便于大規(guī)模 推廣。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為了提供一種安全、實用、經濟、便于推廣的大溫差塞貝克發(fā)電器
裝置，以解決目前大功率塞貝克發(fā)電器的不足。 本發(fā)明利用制冷技術和氣體燃燒加熱技術，提高溫差，使發(fā)電效率大大提高。燃料
的獲得很容易，如氮、甲烷、氨氣、氫氣等諸如此類的燃料。加工本發(fā)明創(chuàng)造的材料非常容易
獲?。恢谱鞴に噷俪墒旒夹g。如半導體技術、絕熱技術、絕緣技術、制冷技術、加熱技術等等。
半導體組成的回路中，賽貝克效應較為明顯，半導體——導電能力介于導體和絕 緣體之間的物質，如鍺、硅、硒及大多數金屬氧化物(如氧化亞銅等)。常用的半導體材料有 硅和鍺兩種，硅具有14個電子，鍺具有32個電子，其原子的最外層都是四個電子，所以都是 四價元素。在四價的本征半導體中摻入微量的五價元素(如磷、砷、銻等)，形成以電子為多 數載流子的N型半導體。在四價的本征半導體中摻入微量的三價元素(如硼、鋁、銦等)，形 成以空穴為多數載流子的P型半導體。 本發(fā)明還涉及幾個關鍵詞，絕熱層我們習慣上把導熱系數小于O. 12W/(m*°C° )
的材料為絕熱材料。常用的熱絕緣材料有石棉、泡沫塑料、膨脹珍珠巖等。他們的導熱系 數處于0. 03 0. 05W/ (m °C ° )的范圍內，是較好的熱絕緣材料。效果更好的熱絕緣材 料，如抽真空至10Pa的粉末顆粒材料等。蒸發(fā)制冷技術當液態(tài)物質吸收外界熱量，使其沸 騰蒸發(fā)，變成氣態(tài)。它的吸熱過程，就是制冷降溫過程。燃燒加溫過程當物質燃燒釋放熱 量，其過程就是燃燒加溫過程。 本發(fā)明的技術方案為每個大溫差塞貝克發(fā)電器裝置單元包括液態(tài)氣體罐、節(jié)流 閥、蒸發(fā)器、N型半導體、P型半導體、金屬導體、絕熱層、導線、輸氣管、殼體，整個單元殼體 內部形成高溫區(qū)、低溫區(qū)、絕熱區(qū)，在所述的低溫區(qū)，表面蒸發(fā)器和金屬導體緊密結合，同時 金屬導體兩端分別與絕熱區(qū)的N型半導體和P型半導體緊密相連，表面蒸發(fā)器給金屬導體 制冷降溫，形成低溫區(qū)；所述的高溫區(qū)是由兩塊分別與N型半導體和P型半導體緊密相連 的金屬導體和燃燒器組成的空間，該兩塊金屬導體通過導線連接形成回路可產生電流；所 述的絕熱區(qū)是由絕熱材料與N型半導體和P型半導體緊密相連形成三部分絕熱層；同時， 絕熱層將高溫區(qū)和低溫區(qū)嚴謹的隔離開，增大溫差倍數。 液態(tài)氣體罐內的液態(tài)物質(如液態(tài)氫4、液態(tài)氨M^、液態(tài)氮K、液態(tài)甲烷CH4)通
過輸氣管和節(jié)流閥進入低溫區(qū)降壓蒸發(fā)，變成氣體，穿越絕熱層，進入高溫區(qū)，通過氣體燃
燒(氮氣N2不燃燒)形成高溫區(qū)的溫度上升。以下是幾種物質反應式為 2H2+02 = 2H20 4NH3+302 = 2N2+6H20 CH4+202 = C02+2H20 其中，液氮N2吸熱變?yōu)闅鈶B(tài)氮N2，沒有燃燒反應。
H2的熔點-259°C ，沸點-252. 8°C 。
NH3的熔點-77. 70°C ，沸點-33. 35°C 。
CH4的熔點-182. 5°C ，沸點-161. 5°C 。
N2的熔點_210°C ，沸點-196°C 。 通過若干個大溫差塞貝克發(fā)電器裝置單元的串聯可以構造出各種電壓值。 通過若干個大溫差塞貝克發(fā)電器裝置單元的并聯或改變半導體與金屬導體的接
觸面和體積可以構造出各種電流值。 組裝時，電流和電壓值確定后將所需的若干個大溫差塞貝克發(fā)電器裝置單元封裝 在殼體中。蒸發(fā)器采用表面蒸發(fā)器，燃燒器采用表面燃燒器。 將本發(fā)明創(chuàng)造廣泛應用于汽車等行業(yè)，替代內熱發(fā)動機。將本發(fā)明創(chuàng)造廣泛應用 于工業(yè)、商業(yè)、民用等臨時用電，替代柴油發(fā)電機。 本發(fā)明的有益效果是使用本發(fā)明創(chuàng)造，在實現節(jié)能(石油的替代品)減排(實現 了低碳排放，甚至零碳排放)的同時，改善地球環(huán)保。
圖1為本發(fā)明可燃氣體大溫差塞貝克發(fā)電器裝置單元結構原理圖。
圖2為本發(fā)明大溫差塞貝克發(fā)電器裝置單元串聯結構原理圖。 圖3為本發(fā)明大溫差塞貝克發(fā)電器裝置單元并聯結構原理圖。 圖中1.液態(tài)氣體罐，2.節(jié)流閥，3.蒸發(fā)器，4.N型半導體，5.P型半導體，6.低溫
區(qū)金屬導體，7.高溫區(qū)金屬導體，8.絕熱層，9.導線，IO.輸氣管，ll.殼體，12.燃燒器。
具體實施例方式
本發(fā)明的具體實施例如附圖所示， 實施例l :如圖1，大溫差塞貝克發(fā)電器裝置單元包括液態(tài)氣體罐1、節(jié)流閥2、蒸發(fā) 器3、 N型半導體4、 P型半導體5、低溫區(qū)金屬導體6、高溫區(qū)金屬導體7、絕熱層8、導線9、 輸氣管10、殼體11、燃燒器12，整個單元殼體11內部形成高溫區(qū)、低溫區(qū)、絕熱區(qū)，在所述的 低溫區(qū)，表面蒸發(fā)器和低溫區(qū)金屬導體6緊密結合，同時低溫區(qū)金屬導體6兩端分別與絕熱 區(qū)的N型半導體4和P型半導體5緊密相連，表面蒸發(fā)器給低溫區(qū)金屬導體6制冷降溫，形 成低溫區(qū)；所述的高溫區(qū)是由兩塊分別與N型半導體和P型半導體緊密相連的高溫區(qū)金 屬導體7和燃燒器組成的空間，該兩塊金屬導體通過導線9連接形成回路可產生電流；所述
的絕熱區(qū)是由絕熱材料與N型半導體和P型半導體緊密相連形成三部分絕熱層8 ;同時，
絕熱層將高溫區(qū)和低溫區(qū)嚴謹的隔離開，增大溫差倍數。 液態(tài)氣體罐內的液態(tài)物質可以為液態(tài)氫H^液態(tài)氨NHp液態(tài)甲烷CH4，通過輸氣管 10和節(jié)流閥2進入低溫區(qū)降壓蒸發(fā)，變成氣體，穿越絕熱層，進入高溫區(qū)，通過氣體燃燒形 成高溫區(qū)的溫度上升。 實施例2 :大溫差塞貝克發(fā)電器裝置單元包括液態(tài)氣體罐1、節(jié)流閥2、N型半導體 4、P型半導體5、低溫區(qū)金屬導體6、高溫區(qū)金屬導體7、絕熱層8、導線9、輸氣管10、殼體11， 整個單元殼體11內部形成高溫區(qū)、低溫區(qū)、絕熱區(qū)，在所述的低溫區(qū)，表面蒸發(fā)器和低溫區(qū) 金屬導體6緊密結合，同時低溫區(qū)金屬導體6兩端分別與絕熱區(qū)的N型半導體4和P型半 導體5緊密相連，形成低溫區(qū)；所述的高溫區(qū)是由兩塊分別與N型半導體和P型半導體緊 密相連的高溫區(qū)金屬導體7和燃燒器組成的空間，該兩塊金屬導體通過導線9連接形成回 路可產生電流；所述的絕熱區(qū)是由絕熱材料與N型半導體和P型半導體緊密相連形成三
5部分絕熱層8 ;同時，絕熱層將高溫區(qū)和低溫區(qū)嚴謹的隔離開，增大溫差倍數。 液態(tài)氣體罐內的液態(tài)物質可以為液態(tài)氫!12、液態(tài)氨NHp液態(tài)甲烷CH4，通過輸氣管
10和節(jié)流閥2進入低溫區(qū)降壓蒸發(fā)，變成氣體，穿越絕熱層，進入高溫區(qū)，通過氣體燃燒形
成高溫區(qū)的溫度上升。 實施例3 :大溫差塞貝克發(fā)電器裝置單元包括液態(tài)氣體罐1、節(jié)流閥2、蒸發(fā)器3、N 型半導體4、 P型半導體5、低溫區(qū)金屬導體6、高溫區(qū)金屬導體7、絕熱層8、導線9、輸氣管 10、殼體ll，整個單元殼體11內部形成高溫區(qū)、低溫區(qū)、絕熱區(qū)，在所述的低溫區(qū)，表面蒸發(fā) 器和低溫區(qū)金屬導體6緊密結合，同時低溫區(qū)金屬導體6兩端分別與絕熱區(qū)的N型半導體 4和P型半導體5緊密相連，表面蒸發(fā)器給低溫區(qū)金屬導體6制冷降溫，形成低溫區(qū)；所述 的高溫區(qū)是由兩塊分別與N型半導體和P型半導體緊密相連的高溫區(qū)金屬導體7組成的 相對高溫的空間，該兩塊金屬導體通過導線9連接形成回路可產生電流；所述的絕熱區(qū)是 由絕熱材料與N型半導體和P型半導體緊密相連形成三部分絕熱層8 ;同時，絕熱層將高溫
區(qū)和低溫區(qū)嚴謹的隔離開，增大溫差倍數。 液態(tài)氣體罐內的液態(tài)物質可以為液態(tài)氫!12、液態(tài)氨NHp液態(tài)甲烷CH4，通過輸氣管 10和節(jié)流閥2進入低溫區(qū)降壓蒸發(fā)，變成氣體，穿越絕熱層和高溫區(qū)將氣體排出再利用，這 里高溫區(qū)的溫度不是因燃燒氣體而形成的高溫，而是相對高溫。 實施例4 :大溫差塞貝克發(fā)電器裝置單元包括液態(tài)氣體罐1、節(jié)流閥2、蒸發(fā)器3、N 型半導體4、 P型半導體5、低溫區(qū)金屬導體6、高溫區(qū)金屬導體7、絕熱層8、導線9、輸氣管 10、殼體ll，整個單元殼體11內部形成高溫區(qū)、低溫區(qū)、絕熱區(qū)，在所述的低溫區(qū)，表面蒸發(fā) 器和低溫區(qū)金屬導體6緊密結合，同時低溫區(qū)金屬導體6兩端分別與絕熱區(qū)的N型半導體 4和P型半導體5緊密相連，表面蒸發(fā)器給低溫區(qū)金屬導體6制冷降溫，形成低溫區(qū)；所述 的高溫區(qū)是由兩塊分別與N型半導體和P型半導體緊密相連的高溫區(qū)金屬導體7組成的 相對高溫的空間，該兩塊金屬導體通過導線9連接形成回路可產生電流；所述的絕熱區(qū)是 由絕熱材料與N型半導體和P型半導體緊密相連形成三部分絕熱層8 ;同時，絕熱層將高溫
區(qū)和低溫區(qū)嚴謹的隔離開，增大溫差倍數。 液態(tài)氣體罐內的液態(tài)物質可以為液態(tài)氮N2，通過輸氣管10和節(jié)流閥2進入低溫區(qū) 降壓蒸發(fā)，變成氣體，穿越絕熱層和高溫區(qū)將氣體排出再利用，這里高溫區(qū)的溫度不是因燃 燒氣體而形成的高溫，而是相對高溫。 如圖2，通過若干個大溫差塞貝克發(fā)電器裝置單元的串聯可以構造出各種電壓值。
如圖3，通過若干個大溫差塞貝克發(fā)電器裝置單元的并聯或改變半導體與金屬導 體的接觸面和體積可以構造出各種電流值。 組裝時，電流和電壓值確定后將所需的若干個大溫差塞貝克發(fā)電器裝置單元封裝 在殼體中。液態(tài)物質可以集中儲存在一個液態(tài)氣體罐內，供每個大溫差塞貝克發(fā)電器裝置 單元使用。組裝后的大溫差塞貝克發(fā)電器可以只設一個燃燒器。
蒸發(fā)器可采用表面蒸發(fā)器，燃燒器可采用表面燃燒器。 本發(fā)明不局限于上述實施例，任何在本發(fā)明披露的技術范圍內的等同構思或者改 變，均列為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
一種大溫差塞貝克發(fā)電器，其特征在于本裝置包括液態(tài)氣體罐(1)、節(jié)流閥(2)、N型半導體(4)、P型半導體(5)、低溫區(qū)金屬導體(6)、高溫區(qū)金屬導體(7)、絕熱層(8)、導線(9)、輸氣管(10)、殼體(11)，整個單元殼體(11)內部形成高溫區(qū)、低溫區(qū)、絕熱區(qū)，在所述的低溫區(qū)，低溫區(qū)金屬導體(6)兩端分別與絕熱區(qū)的N型半導體(4)和P型半導體(5)緊密相連；所述的高溫區(qū)有兩塊分別與N型半導體和P型半導體緊密相連的高溫區(qū)金屬導體(7)，該兩塊金屬導體通過導線(9)連接形成回路產生電流；所述的絕熱區(qū)是由絕熱材料與N型半導體和P型半導體緊密相連形成三部分絕熱層(8)；同時，絕熱層將高溫區(qū)和低溫區(qū)嚴謹的隔離開；液態(tài)氣體罐(1)通過輸氣管(10)和節(jié)流閥(2)進入低溫區(qū)，穿越絕熱層，進入高溫區(qū)。
2. 如權利要求1所述的一種大溫差塞貝克發(fā)電器，其特征在于在所述的低溫區(qū)，設置 蒸發(fā)器(3)和低溫區(qū)金屬導體(6)緊密結合，蒸發(fā)器給低溫區(qū)金屬導體(6)制冷降溫；液 態(tài)氣體罐(1)內的液態(tài)物質為液態(tài)氮^，通過輸氣管(10)和節(jié)流閥(2)進入低溫區(qū)降壓蒸 發(fā)，變成氣體，穿越絕熱層和高溫區(qū)排出再利用。
3. 如權利要求1所述的一種大溫差塞貝克發(fā)電器，其特征在于在所述的高溫區(qū)設置燃燒器(12)，液態(tài)氣體罐(1)內的液態(tài)物質為液態(tài)氫H2、液態(tài)氨NH4、液態(tài)甲烷CH4的任何一 種，通過輸氣管(10)和節(jié)流閥(2)進入低溫區(qū)，穿越絕熱層，進入高溫區(qū)，通過氣體燃燒器 燃燒形成高溫區(qū)的溫度上升。
4. 如權利要求3所述的一種大溫差塞貝克發(fā)電器，其特征在于在所述的低溫區(qū)，設置 蒸發(fā)器(3)和低溫區(qū)金屬導體(6)緊密結合，蒸發(fā)器給低溫區(qū)金屬導體(6)制冷降溫；液態(tài) 氣體罐(1)內的液態(tài)物質通過輸氣管(10)和節(jié)流閥(2)進入低溫區(qū)的蒸發(fā)器(3)降壓蒸 發(fā)，變成氣體，穿越絕熱層，進入高溫區(qū)，通過氣體燃燒形成高溫區(qū)的溫度上升。
5. 如上述任一權利要求所述的一種大溫差塞貝克發(fā)電器，其特征在于通過若干個大 溫差塞貝克發(fā)電器裝置單元的串聯構造出各種電壓值。
6. 如上述任一權利要求所述的一種大溫差塞貝克發(fā)電器，其特征在于通過若干個大溫差塞貝克發(fā)電器裝置單元的并聯構造出各種電流值。
7. 如上述任一權利要求所述的一種大溫差塞貝克發(fā)電器，其特征在于通過改變半導體與金屬導體的接觸面和體積構造出各種電流值。
全文摘要
一種大溫差塞貝克發(fā)電器，利用制冷技術和氣體燃燒加熱技術，提高溫差，使發(fā)電效率大大提高。本裝置包括液態(tài)氣體罐、節(jié)流閥、蒸發(fā)器、N型半導體、P型半導體、低溫區(qū)金屬導體、高溫區(qū)金屬導體、絕熱層、導線、輸氣管、殼體、燃燒器，燃料的獲得很容易，如甲烷、氨氣、氫氣等諸如此類的燃料。制作工藝屬成熟技術如半導體技術、絕熱技術、絕緣技術、制冷技術、加熱技術等等。將本發(fā)明創(chuàng)造廣泛應用于汽車等行業(yè)，替代內熱發(fā)動機；將本發(fā)明創(chuàng)造廣泛應用于工業(yè)、商業(yè)、民用等臨時用電，替代柴油發(fā)電機。使用本發(fā)明創(chuàng)造，在實現節(jié)能(石油的替代品)減排(實現了低碳排放，甚至零碳排放)的同時，改善地球環(huán)保。
文檔編號H02N11/00GK101741288SQ20101001017
公開日2010年6月16日 申請日期2010年1月20日 優(yōu)先權日2010年1月20日
發(fā)明者周建青 申請人:周建青