[發明專利]高溫差六梯度耦合熱磁直轉發電裝置及發電方法

在審

• 申請號: 202011197763.1
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112290835A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 李福軍;夏惠芬
• 申請（專利權）人: 李福軍
• 主分類號: H02N11/00
• 分類號: H02N11/00
• 代理公司: 哈爾濱東方專利事務所 23118
• 代理人: 曹愛華

1.一種高溫差熱電形材六梯度耦合熱磁電直轉發電裝置，其特征在于：這種高溫差熱電形材六梯度耦合熱磁電直轉發電裝置包括兩個以上四梯度耦合高效熱電直轉發電裝置，各個四梯度耦合高效熱電直轉發電裝置通過中間傳熱裝置（13）串聯在一起，構成多層級磁控溫熱電直轉發電裝置，各層級四梯度耦合高效熱電直轉發電裝置按照溫度由高到低分梯度段串聯；

其中一級熱溫磁形四梯度耦合高效熱電直轉發電裝置包括高溫換熱器、一級梯形熱電材料棒、一級外伸電極（16）、一級外輸電聯接器、一級梯級（電）磁鐵裝置、一級外輸電路，將一級梯形熱電材料棒的一端通過熱源和高溫換熱器對其加熱，形成一級高溫端，一級梯形熱電材料棒的另一端設置一級排出端傳熱器（14），使一級梯形熱電材料棒兩端產生溫差，將一級高溫端、一級低溫端分別連接一級外伸電極（16）和一級外輸電聯接器，兩個一級外輸電聯接器與一級外輸電路連接，一級外伸電極（16）的材料與一級梯形熱電材料棒材料為電位異性，

中間各級的熱溫磁形四梯度耦合高效熱電直轉發電裝置包括本級進入端傳熱器、本級梯形熱電材料棒、本級外伸電極、本級外輸電聯接器、本級梯級（電）磁鐵裝置、本級外輸電路，將本級梯形熱電材料棒的一端通過本級進入端傳熱器對其加熱，形成本級高溫端，本級梯形熱電材料棒的另一端設置本級排出端傳熱器，使本級梯形熱電材料棒兩端產生溫差，將本級高溫端、本級低溫端分別連接本級外伸電極和本級外輸電聯接器，兩個本級外輸電聯接器與本級外輸電路連接，本級外伸電極的材料與本級梯形熱電材料棒材料為電位異性；

末級熱溫磁形四梯度耦合高效熱電直轉發電裝置包括末級進入端傳熱器、末級梯形熱電材料棒、末級外伸電極、末級外輸電聯接器、末級梯級（電）磁鐵裝置、末級外輸電路，將末級梯形熱電材料棒的一端通過末級進入端傳熱器對其加熱，形成末級高溫端，末級梯形熱電材料棒的另一端設置冷卻器，使末級梯形熱電材料棒兩端產生溫差，將末級高溫端、末級低溫端分別連接末級外伸電極和末級外輸電聯接器，兩個末級外輸電聯接器與末級外輸電路連接，末級外伸電極的材料與末級梯形熱電材料棒材料為電位異性；

自一級梯形熱電材料棒至末級梯形熱電材料棒，各級梯形熱電材料棒耐熱溫度依次降低，與相應級別的溫度相適配；

任意一級的梯形熱電材料棒外設置電絕緣層，電絕緣層外設置絕熱保溫層（12），梯形熱電材料棒從高溫端到低溫端方向的截面積逐漸變小；梯級(電)磁鐵裝置橫截面為弧形，使梯形熱電材棒的周向產生環形磁力線，梯級(電)磁鐵裝置的軸向切面面積逐漸變小。

2.根據權利要求1所述的高溫差熱電形材六梯度耦合熱磁電直轉發電裝置，其特征在于：所述的四梯度耦合高效熱電直轉發電裝置有四個，四個四梯度耦合高效熱電直轉發電裝置通過中間傳熱裝置串聯在一起，構成四層級磁控溫熱電直轉發電裝置，一級四梯度耦合高效熱電直轉發電裝置中超高溫熱源（11）通過插入式換熱器片（10）對一級梯形熱電材料棒一端加熱，一級梯形熱電材料棒為梯形超高溫熱電材料棒（9），一級梯級（電）磁鐵裝置提供的是超高強外磁場（4）；一級排出端傳熱器（14）連接二級四梯度耦合高效熱電直轉發電裝置中的二級進入端傳熱器（15），二級進入端傳熱器（15）對二級梯形熱電材料棒一端見加熱，二級梯形熱電材料棒為梯形高溫熱電材料棒（8），二級梯級（電）磁鐵裝置提供的是高強外磁場（3）；二級排出端傳熱器連接三級四梯度耦合高效熱電直轉發電裝置中的三級進入端傳熱器，三級進入端傳熱器對三級梯形熱電材料棒一端加熱，三級梯形熱電材料棒為梯形中溫熱電材料棒（7），三級梯級（電）磁鐵裝置提供的是中強外磁場（2）；三級排出端傳熱器連接四級四梯度耦合高效熱電直轉發電裝置中的四級進入端傳熱器，四級進入端傳熱器對四級梯形熱電材料棒一端加熱，四級梯形熱電材料棒為梯形低溫熱電材料棒（6），四級梯級（電）磁鐵裝置提供的是低強外磁場（1），四級梯形熱電材料棒另一端設置插入式冷卻器片（5）。

3.一種權利要求2所述的高溫差熱電形材六梯度耦合熱磁電直轉發電裝置的發電方法，其特征在于：

一級四梯度耦合高效熱電直轉發電裝置中，超高溫熱源（11）經插入式換熱器片（10）傳熱進入一級梯形熱電材料棒，在一級梯形溫度場及一級梯形超高強外磁場互動下，部分熱流量轉化為躍遷電子流動能量，電流能量被從一級電極外輸，未能轉化成電能的剩余熱量經一級排出端傳熱器（14）及中間傳熱裝置（13）進入二級四梯度耦合高效熱電直轉發電裝置的二級進入端傳熱器（15）；

二級四梯度耦合高效熱電直轉發電裝置中，二級進入端傳熱器（15）將傳遞得到的熱流量傳熱進入與高溫相匹配的二級梯形熱電材料棒，在二級梯形溫度場及二級梯形高強外磁場互動下，部分熱流量轉化為躍遷電子流動能量，電流能量被從二級電極外輸，未能轉化成電能的剩余熱量經二級排出端傳熱器及中間傳熱裝置（13）進入三級四梯度耦合高效熱電直轉發電裝置的三級進入端傳熱器；

三級四梯度耦合高效熱電直轉發電裝置中，三級進入端傳熱器將傳遞得到的熱流量傳熱進入與中溫相匹配的三級梯形熱電材料棒，在三級梯形溫度場及三級梯形高強外磁場互動下，部分熱流量轉化為躍遷電子流動能量，電流能量被從三級電極外輸，未能轉化成電能的剩余熱量經三級排出端傳熱器及中間傳熱裝置（13）進入四級四梯度耦合高效熱電直轉發電裝置的四級進入端傳熱器；

四級四梯度耦合高效熱電直轉發電裝置中，四級進入端傳熱器將傳遞得到的熱流量傳熱進入與低溫相匹配的四級梯形熱電材料棒，在四級梯形溫度場及四級梯形高強外磁場互動下，部分熱流量轉化為躍遷電子流動能量，電流能量被從四級電極外輸；

任意一級四梯度耦合高效熱電直轉發電裝置的發電方法：

將某級梯形熱電材料棒的一端加熱，形成高溫熱電材料棒，使某級梯形熱電材料棒兩端產生溫差，空間上溫度是變化的，存在溫度差異，形成溫度梯度;

某級梯形熱電材料棒兩端產生電壓，此時沿高溫熱電材料棒垂直方向施加周向環形外磁場，則在高溫熱電材料棒垂直方向上得到附加電壓，產生霍爾電壓現象，提高高溫熱電材料棒的電動勢；對于確定材料的梯形熱電材料棒，不同的溫度對應不同磁強度的優化匹配，周向環形外磁場沿溫度梯度方向也是梯度變化的;

熱流量在某級梯形熱電材料棒流動過程中不斷被轉化為電能，熱流量從某級梯形熱電材料棒高溫端向低溫端擴散過程中，熱量值是逐漸減少的，形成熱流量梯度；

某級梯形熱電材料棒橫截面積自高溫端至低溫端逐漸變小，形成梯度材料；

由于外加磁場強度與材料溫度及材料截面積大小相匹配，磁場強度也設計為梯度分布的；

某級梯形熱電材料棒的原子出現不規則混亂振動，當外部環境施加強磁場時，在磁感應力作用下，將限制不規則振動原子自身磁矩的混亂狀態，從而強制其按一定方向有序排列，形成一定規則的磁疇；外部強磁場強制高溫材料的磁化，從而抑制了原子的混亂振動，降低高溫熱電材料棒溫度，即磁消熱效應；

某級梯形熱電材料棒中的原子及電子在磁場中做往復運動，每一個振動循環都將提高一次電子的能級，當電子能級高到一定程度時，電子將脫離原子核的束縛向低能級環境運行，產生量子化躍遷效應，磁場中所有的原子電子的能級變化均以此類推，形成了電子的定向流動，形成熱振動磁增電的量子化現象，也稱為熱磁共振效應；

渦旋磁力線中的粒子熱振動將產生安培電流，而該電流在磁場的作用下又將產生與粒子熱振動方向相反的電磁阻力，從而抑制了粒子熱振動，形成熱阻降溫效果；

磁場的強制磁化，使熱振動引起的原子及電子磁矩雜亂現象被強制統一到外磁場方向，由原來的升溫消磁居里溫度現象轉變為升磁消熱增電的熱電效應；

磁化電流的表面效應，某級梯形熱電材料棒周圍的環形磁力線在高溫熱電材料棒表面縱向上形成右手法則的磁化電流，磁溫差發電電流通過外伸電極向外輸電。