[發明專利]熱電機

無效

• 申請號: 01127719.X
• 申請日: 2001-08-09
• 公開（公告）號: CN1334641A
• 公開（公告）日: 2002-02-06
• 發明（設計）人: 張征
• 申請（專利權）人: 張征
• 主分類號: H02N11/00
• 分類號: H02N11/00;H01L35/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種熱電機，尤其是指采用熱電轉換元件和機械電子控制系統，能將燃料燃燒產生的熱能直接轉換為電能，而且這個轉換過程能夠控制，最終通過電動機輸出動力的機電裝置。

能源是文明之源。熱能是有史以來，人類能最廣泛使用的大規模的能源形式之一。目前對熱能的利用方式有很多，熱功轉換主要是通過依據各種熱力循環原理制造的熱機，將燃料的化學能轉換為機械能。

內燃機是最典型的熱機，由曲柄連桿機構、配氣機構、點火系統、冷卻系統等復雜的機械裝置組成，通過進氣、壓縮、膨脹、排氣四個沖程，將汽油(柴油)燃燒時產生的熱能轉換為機械能。內燃機發展了一百多年，作為車輛動力裝置得到了廣泛的應用，其技術性能不斷地改進和提高。但是其固有的缺點，如：熱效率低(35％左右)、排氣污染、結構復雜、工作時的振動和噪音等問題，至今無法得到根本性的解決。為此，現代開發的電動汽車，采用了化學電池或燃料電池作為主要能源。

電池能將化學能轉換為電能，車用高密度化學電池具有較高的“比功率”指標，主要缺點是價格昂貴壽命低，一次充電后的行駛里程與燃油內燃機汽車相比有一定的差距，即“比能量”指標低。

燃料電池的理論效率可以達到80-90％，但是，由于工作時自身的溫度在幾百度甚至1000多度，部分熱能的產生和損耗是不可避免的。同時，燃料電池結構復雜，存在各種電位與副反應，其實際的使用效率為55％左右。以燃料電池為動力的電動車的行駛里程取決于車載燃料的多少，只要有適量的燃料，電動車可以具有與燃油汽車相當的行駛里程，即燃料電池具有較高的“比能量”指標。但由于化學反應速度的限制，車輛在爬坡或超車需要高的放電率時，燃料電池難以滿足要求，即“比功率”指標低。這些情況說明，在電池技術沒有取得突破之前，電動車的使用將受到電池性能的制約。

熱電轉換的方式主要有：熱能-機械能-電能的轉換、熱能-電能直接轉換。前者的轉換需要用熱機作為中間環節，后者根據熱電效應，將熱能直接轉換為電能。熱電效應是一種物理現象：在兩種導體(或半導體)組成的閉合回路中，當兩個端點處于不同的溫度狀態時，回路中將會產生熱電流，其熱電勢僅與兩接點的溫度有關。熱電偶是一種良好的熱電轉換元件，它的基本結構很簡單，是由兩種不同材料的熱電極焊接而成。不同的材料組合的熱電偶具有不同的熱電勢特性，適用于不同的溫度環境。迄今為止，現代工業熱電偶主要用于溫度測量，使用范圍覆蓋了-273℃-2500℃的溫度域。

熱電效應發現以來，也有過許多將熱電偶作為電源使用的例子，現代也有以熱電偶為轉換元件的穩態溫差電池。但由于熱電偶的熱電勢只有毫伏級，熱電轉換的效率低，尚無大規模高強度地作為電源使用，尤其作為車載動態電源使用。

為此，本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種新型的熱機-熱電機。作為一種動力機械，熱電機既能達到高比能量、高比功率、高效率、低污染等性能指標，又不會產生振動和躁聲等問題。

本發明的熱電機主要包括內設熱電偶的燃燒室、冷源裝置、電流調節器、電子控制器、高壓點火器。燃燒室內設置的熱電偶連接成大規模熱電轉換網絡的結構，網絡的引出線經過冷源裝置后與電流調節器電連接；電子控制器分別與電流調節器、輸入控制信號采用信號連接、與高壓點火器電連接，高壓點火器與燃燒室電連接；電流調節器輸出的三相交流電供交流電動機輸出功率。如果采用直流電動機作為動力源，可以取消電流調節器。

所述燃燒室采用絕熱外殼，并用隔板將內部分隔成若干個高溫、中溫、低溫的區域；隔板上固定有適用于不同溫度的熱電轉換元件；燃燒室內設置燃料噴嘴和高壓電極，熱電轉換元件采用熱電偶。

燃燒室內的熱電偶可以根據需要以各種形式連接，例如以串聯或并聯或串并聯結合方式，形成大規模的熱電偶網絡，為了在高溫下穩定地工作，熱電偶應選用適合長期高溫條件的材料，網絡及其引出線必須嚴密地封裝在耐高溫的防氧化、防腐蝕的涂層中。

所述冷源裝置可以是配有風扇等具有冷卻作用的裝置。

所述電流調節器可以是現有的將直流電轉換為交流電的裝置，包括接線合并電路與逆變器。

所述電子控制器是一單片微機系統及其控制的電路，或者是計算機、工控機等其他電子控制系統。

所述高壓點火器可以是汽油機采用的點火線圈和火花塞。

為了充分利用輸出電流，可以在電子控制器與電流調節器之間連接蓄電池，在需要時存取電流。

對上述技術方案進一步的改進是：燃燒室為一個或二個或多個，以滿足輸出功率特性的需要。