[實(shí)用新型]一種大溫差賽貝克發(fā)電器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201020010373.4
• 申請日: 2010-01-20
• 公開（公告）號: CN201742344U
• 公開（公告）日: 2011-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周建青
• 申請（專利權(quán)）人: 周建青
• 主分類號: H02N11/00
• 分類號: H02N11/00;H01L35/28
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 李猛

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種賽貝克發(fā)電器。

背景技術(shù)

1821年，德國物理學(xué)家塞貝克發(fā)現(xiàn)，在兩種不同的金屬所組成的閉合回路中，當(dāng)兩接觸處的溫度不同時，回路中會產(chǎn)生一個電勢，此所謂“塞貝克效應(yīng)”。1834年，法國實(shí)驗(yàn)科學(xué)家帕爾帖發(fā)現(xiàn)了它的反效應(yīng)：兩種不同的金屬構(gòu)成閉合回路，當(dāng)回路中存在直流電流時，兩個接頭之間將產(chǎn)生溫差，此所謂珀?duì)柼?yīng)。1837年，俄國物理學(xué)家愣次又發(fā)現(xiàn)，電流的方向決定了吸收還是產(chǎn)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(xué)原理對塞貝克效應(yīng)和帕爾帖效應(yīng)進(jìn)行了全面分析，并將本來互不相干的塞貝克系數(shù)和帕爾帖系數(shù)之間建立了聯(lián)系。湯姆遜認(rèn)為，在絕對零度時，帕爾帖系數(shù)與塞貝克系數(shù)之間存在簡單的倍數(shù)關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，他又從理論上預(yù)言了一種新的溫差電效應(yīng)，即當(dāng)電流在溫度不均勻的導(dǎo)體中流過時，導(dǎo)體除產(chǎn)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(dāng)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(xiàn)象后叫湯姆孫效應(yīng)(Thomson?effect)，成為繼塞貝克效應(yīng)和帕爾帖效應(yīng)之后的第三個熱電效應(yīng)(thermoelectric?effect)。

湯姆遜效應(yīng)是導(dǎo)體兩端有溫差時產(chǎn)生電勢的現(xiàn)象，帕爾帖效應(yīng)是帶電導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生溫差(其中的一端產(chǎn)生熱量，另一端吸收熱量)的現(xiàn)象，兩者結(jié)合起來就構(gòu)成了塞貝克效應(yīng)。

簡言之，當(dāng)兩種成分不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體組成回路，兩個接觸點(diǎn)溫度不同時，回路中就會出現(xiàn)電流，回路斷開時在開路兩端間有電動勢(熱電動勢)，該效應(yīng)成為賽貝克效應(yīng)。溫度每變化1℃所引起的熱電動勢變化量(賽貝克系數(shù)，μV/℃)值：金屬5～90，半導(dǎo)體可比金屬高十多倍，聚合物半導(dǎo)體比一般半導(dǎo)體更高。

通常情況下，塞貝克效應(yīng)產(chǎn)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(chǎn)生幾毫伏電壓。若干個這樣的裝置進(jìn)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(shí)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(duì)常用的燃油燃燒產(chǎn)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(qiáng)以及對傳統(tǒng)能源未來匱缺的擔(dān)心，充分利用余熱發(fā)電的技術(shù)手段日益受到關(guān)注。2003年黎巴嫩大學(xué)的學(xué)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(shè)備實(shí)驗(yàn)中單片元件可產(chǎn)生4W的電功率。

采用不同導(dǎo)體溫差技術(shù)發(fā)電的核電池也有應(yīng)用，但因?yàn)楹说氖褂檬車?yán)格的限制，無法廣泛應(yīng)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(xiàn)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(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是為了提供一種安全、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、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。

本實(shí)用新型利用制冷技術(shù)和氣體燃燒加熱技術(shù)，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。加工本實(shí)用新型創(chuàng)造的材料非常容易獲取；制作工藝屬成熟技術(shù)。如半導(dǎo)體技術(shù)、絕熱技術(shù)、絕緣技術(shù)、制冷技術(shù)、加熱技術(shù)等等。

半導(dǎo)體組成的回路中，賽貝克效應(yīng)較為明顯，半導(dǎo)體——導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)，如鍺、硅、硒及大多數(shù)金屬氧化物(如氧化亞銅等)。常用的半導(dǎo)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(dǎo)體中摻入微量的五價元素(如磷、砷、銻等)，形成以電子為多數(shù)載流子的N型半導(dǎo)體。在四價的本征半導(dǎo)體中摻入微量的三價元素(如硼、鋁、銦等)，形成以空穴為多數(shù)載流子的P型半導(dǎo)體。

本實(shí)用新型還涉及幾個關(guān)鍵詞，絕熱層：我們習(xí)慣上把導(dǎo)熱系數(shù)小于0.12W/(m·℃°)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(dǎo)熱系數(shù)處于0.03～0.05W/(m·℃°)的范圍內(nèi)，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(shù)：當(dāng)液態(tài)物質(zhì)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(dāng)物質(zhì)燃燒釋放熱量，其過程就是燃燒加溫過程。