專利名稱：熱電轉換裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種熱電裝置，特別是一種熱電轉換裝置。適用于冶金、化工、機械和能源等工業(yè)領域，以及汽車、鍋爐(灶)、中央空調、冷凍(藏)庫等等的節(jié)能；適用于自然環(huán)境中的熱能采集，從而開辟新的能源；適用于制造無能源消耗的制冷設備等。
現代工業(yè)領域和人們的日常生活中，時時刻刻都在消耗掉巨大的能源資源，而能源以熱的形式浪費現象十分普遍，這是造成能源(如石油、煤炭)的利用率不高的主要原因，因此產生了節(jié)能的課題。
汽車以燃燒汽油、柴油為主；鍋爐(灶)以燃燒煤炭、液化石油氣為主；空調器、冰箱以消耗電力工作；它們既消耗寶貴的石油、煤炭資源，也帶來日益嚴重的環(huán)境污染。如汽車發(fā)動機由水冷卻器帶走的熱量和排放尾氣散失的熱量；鍋爐(灶)的四周和煙窗散失的熱量；中央空調器、冷凍(藏)庫的散熱器散失的熱量等，也產生了節(jié)能的問題。
上述種種熱能，由于沒有加以采集而得不到利用，長期以來浪費了寶貴而又巨大的能源資源。
現有空調器、冰箱等制冷設備要消耗大量的電力，特別是家庭空調器和冰箱的普及，對電力的需求日益增大，需要國家投入大量的資金，建設更多的發(fā)電廠，以消耗更多的能源資源(如石油、煤炭等)來滿足人們物質生活的需要。
本實用新型的任務，是要提供一種熱電轉換裝置。它能夠進行熱電轉換，達到采集熱能、節(jié)約能源、無能源消耗制冷和開辟新能源的目的。
熱能是一種能源存在形式，是能夠通過收集的方法而加以利用的能源資源。電能是傳輸、分配和使用過程中最方便、最清潔的能源，是現代社會中不可缺少的主要能源之一。將熱能轉換成電能的方法早已被人們所發(fā)現，即當兩種不同的金屬或者合金通過燒結或者纏繞在一起形成結點后，結點上受熱就會產生(熱)電(動)勢。這是因為結點吸收熱能，在結點的結合面形成電子聚集，并且產生電位差，如果用導線將結點兩端短接，就會產生電(子)流，這樣就形成了熱電轉換過程。一般情況下，熱電轉換的電勢與溫度成正比。溫度越高，結點的結合面產生的電勢越高。熱電偶就是一種這樣的元件，它產生電勢的大小與溫度的高低有較好的線性關系。利用這種電勢與溫度的線性關系，將熱電偶安裝在需要測量(和控制)溫度的地方，用導線將電勢引出，接入“溫度測量控制儀”或“溫度指示調節(jié)儀”，被測點的溫度就能顯示出來。儀器內部還能通過給定值與實測值進行比較，輸出溫度控制信號。因此，熱電偶被廣泛用于科研、工礦和電力等行業(yè)的溫度測量與控制領域。附表1是我國《國家標準型熱電偶的電勢與溫度關系表》。
本實用新型的任務是以如下方式完成的將現有熱電偶在結構和制造工藝上加以改造，然后將熱電偶串聯形成直線組合、或者串并聯形成方陣組合，從而制造成為具有較大的吸熱能力和吸熱面積、產生較高的電勢和較大的熱電轉換功率、以及具有較好的機械強度的熱能元件。再根據熱源位置的具體情況和熱源溫度值，對熱能元件進行串并聯組合，實施輸出電勢和輸出功率的控制，使熱電轉換裝置符合實際使用要求。
以下將結合附圖對本實用新型作進一步的詳細描述

圖1，是熱電偶原理所形成的熱能元件示意圖；圖2，是熱能元件等效電路圖；圖3，是熱能元件的溫度與電勢關系曲線；圖4，是熱能元件收集熱能直接利用和給蓄電池充電的電氣原理方框圖；參照圖1，甲合金(4)和乙金屬(2)通過燒結形成熱電偶(3)，再由中性金屬(5)將熱電偶(3)串聯起來，在熱電偶(3)與不銹鋼外殼(6)之間用絕緣材料(7)絕緣，引出導線(8)由瓷套(9)支撐，組成一個完整的熱能元件(1)。甲金屬(4)和乙金屬(2)所形成的熱電偶(3)的結合面積比測量溫度用的熱電偶的結合面積大。
中性金屬(5)在熱能元件(1)中只起連接導線的作用，它與甲合金(4)、乙合金(2)所形成的結合面不產生電勢，或者只產生極其微小的電勢。絕緣材料(7)和瓷套(9)使熱電偶(3)及其引出導線(8)和不銹鋼外殼(6)隔絕電氣聯系。不銹鋼外殼(6)使熱能元件(1)形成較好的整體、較高的機械強度，并且保護熱電偶(3)不受熱源介質或自然環(huán)境中風雨的侵蝕。
以鎳鉻—康銅(如附表1中的E型)熱電偶為例甲合金(4)是正極(+)，成分為含鎳90％、鉻10％；乙合金(2)是負極(-)，成分為含銅57％、鎳43％。從附表1中可以查出當熱源溫度為20℃時，E型熱電偶(3)上產生1.192mV的電勢；當熱源溫度為100℃時，E型熱電偶(3)上產生6.317mV的電勢。如果1,000個E型熱電偶(3)由中性金屬(5)串聯組成一個熱能元件(1)，在熱源溫度為20℃時，它就能產生1.192V的電勢；當熱源溫度為100℃時，它就能產生6.317V的電勢。
參照圖2，熱能元件中等效于電源(E1)(E2)(E3)......(En)的串聯，它的端電勢(E)為E＝E1+E2+E3+...+En(V) 1-1
參照圖3，熱能元件兩端的電勢(E)和溫度(T)的關系接近直線。由兩種不同的合金材料結合形成1,000個熱電偶串聯的熱能元件(T)、(E)、(J)，在溫度(T)等于0℃時，它們的電勢(E)都為0V。隨著溫度(T)升高，熱能元件(T)、(E)、(J)的電勢也升高，并且合金材料不同，所產生的電勢(E)有高低之分。
仍然以鎳鉻—康銅(E型熱電偶)熱能元件(E)為例從曲線(E)上可以查得，在20℃溫度下，熱能元件(E)能產生1.192V的電勢；當熱源溫度為100℃時，熱能元件(E)能產生6.317V的電勢。此時將電能消耗(如通過用電器使用或者向蓄電池充電)致使熱能元件(E)兩端的電勢(E)下降，熱能元件(E)上的溫度(T)勢必下降。熱源溫度(T)高于熱能元件(E)的溫度(T)，就形成了溫度差，熱能元件(E)就不斷吸收熱能，完成熱電轉換過程。
參照圖4，熱能元件1 E1、1E2......1En，2E1、2E2......2Eh，nE1、nE2......hEn通過(多路串聯、并聯開關)使若干個熱能元件形成一個面積和體積足夠大，可以安裝在封閉的、有熱能采集的空間；也可以安裝在自然環(huán)境中(晝夜不停地)采集熱能；還可以安裝在需要空調器或者制冷的場所，吸收熱能，降低溫度。
(熱電裝置集控器)采集(熱源溫度)值和(電力分配器)的(電壓)值及(功率)值，對熱能元件所能采集到的熱能和(電力分配器)的輸出功率進行能量平衡比較、計算，得出(電壓控制)和(功率控制)結果，通過(多路串聯、并聯開關)對熱能元件的組合進行控制。熱能元件輸出的電力由(電力分配器)送給(用電器)使用、或者給(蓄電池)充電，完成熱電轉換過程的電力控制以及制冷時的溫度控制。
這種熱電轉換裝置結構簡單、造價低廉、安裝容易、檢修維護工作量很小。當熱能元件組合到很大規(guī)模時，采集熱能的能力也很大，從而形成熱能發(fā)電廠、晝夜不停地采集環(huán)境溫度中蘊藏的熱能，轉換成為電力，實現開辟新能源的目標。
權利要求1.一種熱電轉換裝置，由甲合金(4)和乙合金(2)通過燒結形成熱電偶(3)，再由中性金屬(5)將熱電偶(3)串聯形成直線組合、或者串并聯形成方陣組合，絕緣材料(7)和瓷套(9)使熱電偶(3)及其引出導線(8)和不銹鋼外殼(6)之間隔絕電氣聯系，它們組成了具有較大的吸熱能力和吸熱面積、產生較高的輸出電勢和輸出功率、以及具有較高的機械強度的熱能元件(1)。
2.按照權利要求1規(guī)定的熱電轉換裝置，其特征是熱能元件(1)可以由若干個組合起來形成面積和體積足夠大，可以安裝在封閉的、有熱能采集的空間，或者安裝在開放的自然環(huán)境中采集熱能進行熱電轉換，輸出電力。
3.按照權利要求1和2規(guī)定的熱電轉換裝置，其特征是(熱電裝置集控器)采集(熱源溫度)值和(電力分配器)的(電壓)值及(功率)值，對熱能元件(1)所能采集到的熱能和(電力分配器)的輸出功率進行比較、計算，得出(電壓控制)和(功率控制)結果，通過(多路串聯、并聯開關)對熱能元件(1)的組合實施控制，使之達到最佳熱電轉換效率。
4.按照權利要求3規(guī)定的熱電轉換裝置，其特征是熱電轉換過程中的電力控制，即對熱能元件(1)的串并聯組合控制，除了獲取電力以外，還能達到在熱能元件(1)的安裝場所吸收熱能、降低溫度的目的。
專利摘要本實用新型公開了一種熱電轉換裝置,適用于節(jié)能和開辟新能源。該裝置是采用熱電偶的工作原理制造成熱能元件,再根據使用熱源(或環(huán)境)溫度的不同將熱能元件進行組合,實施輸出電勢、功率和熱能元件安裝場所的溫度控制。對于冶金、化工、機械和能源等工業(yè)領域,以及汽車、鍋爐(灶)、冷凍(藏)庫、中央空調等等的節(jié)能課題;進行自然環(huán)境中的熱能采集,轉換成電力,從而開辟新能源的課題;以及研制無能源消耗的制冷設備等課題,采用熱電轉換裝置都可解決。
文檔編號H05B1/00GK2391391SQ9921590
公開日2000年8月9日 申請日期1999年7月29日 優(yōu)先權日1999年7月29日
發(fā)明者劉宏德 申請人:劉宏德