[發明專利]熱磁高效直接靜發電方法

在審

• 申請號: 202011197764.6
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112234869A
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 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

本發明涉及的是熱磁高效直接靜發電方法，將熱電材料棒的一端通過熱源加熱，形成高溫熱電材料棒，高溫熱電材料棒的另一端設置輔助冷卻器，高溫熱電材料棒兩端產生溫差，將高溫熱電材料棒分別連接電極；高溫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，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；高溫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電極向外輸電。本發明提出的“熱磁電效應”正好可實現熱阻降溫效果及導電增能效果，解決了提高熱電材料ZT優值的“導電阻熱”的矛盾要求。

技術領域

本發明涉及熱靜電發電技術，具體涉及熱磁高效直接靜發電方法。

背景技術

工業化熱能發電：

目前所有的工業化熱能發電（如：燃煤發電廠、燃（油）汽發電廠、核能電站、生物質熱發電廠、地熱發電廠等），其工藝路線基本上都用熱量給易汽化的第三方中間介質（如：水、油、氨水等）加熱。在產生高溫高壓蒸汽后對汽輪機高速推壓做功，得到高速旋轉的機械功。然后汽輪機軸帶動發電機的轉子高速旋轉產生電磁感應而轉化為電能，實現了電熱轉換。

目前，通用的熱電轉換方法存在很多的問題。

1、必須有可汽化的中間介質，在中間介質的加熱及冷卻過程中，既存在大量而無效熱量（介質汽化溫度點之前所吸收的熱量并沒有產生對外的顯性動力）也存在大量的熱量及機械動能浪費（如：被加熱的汽化介質在流經汽輪機做功后再次被冷卻降溫散熱，介質相變轉換能的浪費及動力機械摩擦耗能等）。所以目前熱電廠的熱能發電效率較低，一般在35%左右。此種中間汽化介質發電的動力產生工藝還是傳統的瓦特蒸汽機的基本原理，很難使熱電效率提高到45%以上。

2、設備多、投資大、廠房占地大。由于宏觀工藝流程多、設備大、投資巨大、少則幾億多則幾十億，且占用土地很大。這也是電力成本居高的主要原因。

3、機械動力式發電方法需要巨大的動設備。動設備不僅磨損大、噪聲污染大而且易損壞，有效運行時率低、檢修頻率高、維修費大。而且動設備的安全性較靜設備偏低。

熱靜電發電：

無中間汽化介質、無運動設備、無噪音、體積小的高效熱靜發電技術（相對于熱動發電技術）已顯得十分重要，具有緊迫性。熱靜發電的基本技術原理與熱電效應為：在材料棒一端加熱，棒的兩端有溫差且連接不同材料的導體，此時棒兩端產生電位差及電流的現象。目前公認的有三種熱電效應：1821年德國科學家賽貝克（seebeck）發現的第一熱電效應；1834年法國科學家珀爾帖（Peltier）發明的第二熱電效應（也是第一熱電效應的逆效應）；1850年湯姆遜（Thomson）發明的第三熱電效應。

近幾十年來，熱電材料從金屬材料發展到半導體材料；從晶體材料發展到“聲子玻璃電子晶體”材料；再發展到細晶化及納米化的較高ZT優值的熱電材料；從同性材料向各向異性材料發展；從高維數向低維數材料發展，發現了零維材料具有量子尺寸效應的量子點，ZT優值從約1.0提高到3.5。但與工業化應用所要求的ZT優值5以上相差還是巨大。熱電效應也難以超過5%，幾乎沒有超過10%的結果。

目前熱靜電發電ZT優值低下的主要原因：

按照目前的傳統研究方向。根據seebeck第一熱電效應，Peltier第二熱電效應以及Thomson第三熱電效應。要想得到高ZT優值的熱電材料，在理論及實驗上都存在很明顯的相互矛盾要求。

按照ZT優值公式

式中S—Seebeck系數,—電導率

k—熱導率，T—溫度