BG109419A - Метод и устройство за преобразуване на топлинна енергия в електрическа енергия и на електрическа енергия в топлинна енергия - Google Patents
Метод и устройство за преобразуване на топлинна енергия в електрическа енергия и на електрическа енергия в топлинна енергия Download PDFInfo
- Publication number
- BG109419A BG109419A BG109419A BG10941906A BG109419A BG 109419 A BG109419 A BG 109419A BG 109419 A BG109419 A BG 109419A BG 10941906 A BG10941906 A BG 10941906A BG 109419 A BG109419 A BG 109419A
- Authority
- BG
- Bulgaria
- Prior art keywords
- electrode
- energy
- potential barrier
- electrons
- efl
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
Landscapes
- Hybrid Cells (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Изобретението се отнася до метод и устройство за директно преобразуване на топлинна енергия в електрическа и електрическа енергия в топлинна и може да бъде използвано за производство на електрическа енергия, охлаждане и загряване. Устройството генерира електрическа енергия, без за това да е необходимо създаването на външна температурна разлика (температурен градиент). То включва първи електрод (1), втори електрод (2) и потенциална бариера (3), поставени в корпус (4). Проводници (5) свързват електрод (1) и електрод (2) с изходни клеми (6). Електродът (1) е от електропроводим материал, съдържащелектрони на проводимостта с кинетична енергия в интервал с максимална енергия (Еmax1+Еf1) и минимална енергия (Еmin+Еf1), електродът (2) е от електропроводим материал, съдържащ електрони на проводимостта с максимална кинетична енергия (Еmах2+Еf2), и бариерата (3) с височина (Ер + Еf1) и ширина Lр,пропускаща преимуществено електроните с по-голямакинетична енергия от първия електрод (1) към втория електрод (2). Eлектродите (1 и 2), потенциалната бариера (3) и корпусът (4) са топлинно свързани помежду си.
Description
Област на техниката.
Настоящото изобретение се отнася към методи и устройства за директно преобразуване на топлинна енергия в електрическа енергия и електрическа енергия в топлинна енергия ( загряване или охлаждане). По специално настоящото изобретение се отнася към устройства, генериращи електрическа енергия без за това да е необходимо създаването на външна температурна разлика (температурен градиент). Изобретението също се отнася към устройствата, който са с обратимо действие и може да бъде използвано за производство на електрическа енергия, охлаждане и загряване.
Предшестващо състояние на техниката.
Топлинната енергия може да бъде трансформирана директно в електрическа енергия по няколко метода.
Известни са методи и устройства за директно преобразуване на топлинна енергия в електрическа енергия и обратно, използващи ефектите на Пелтие и Зеебек [1-4,15,16]. Недостатък на тези преобразуватели е ниският им коефициент на полезно действие и необходимостта от наличието освен на източник на топлина, и на охлаждащ елемент с по-ниска температура от тази на източника на топлина..
Известни са друг клас преобразователи на топлинна енергия в електрическа, наричани термо-емисионни [5-9,14,15,16]. Служат главно за преобразуване на топлинна енергия в електрическа при по високи температури. В последно време се срещат такива преобразуватели на базата на полупроводници, работещи при по ниски температури. И при тези преобразователи съществуват две области с различни температури.
Съществува и трети клас термопреобразуватели, който генерират електрическа енергия и за тяхната работа не се изисква наличието на две области с различни температури. Подобни преобразователи са разгледани в [10-13]. Обикновено преобразувателите от този тип са с много малка изходна мощност.
Устройството на термо-емисионни преобразователи е разгледано в [14]. Такъв термо-емисионен преобразувател съдържа първи електрод , наричан още емитер или катод, втори електрод, наричан често колектор или анод. Между двата електрода е оформена потенциална бариера, пропускаща преимуществено електроните с по-голяма кинетична енергия от първия електрод към втория електрод. Първият електрод, вторият електрод и потенциалната бариера са поставени в корпус. Първият електрод и вторият електрод посредством подходящи проводници са свързани към изходните клеми на термопреобразователя. Първият електрод е топлинно свързан с източник на топлинна енергия, а вторият електрод е топлинно свързан с охлаждащ радиатор. Електрически товар е присъединен към изходните клеми на устройството.
Същественият процес, който протича в термо-емисионния преобразувател е следният: Източникът на топлинна енергия загрява първия електрод до необходимата работна температура и заедно е охлаждащия радиатор подържат температурна разлика между първия и втория електроди. Следствие на загряването, електроните участвуващи в електропроводимостта в първия електрод придобиват по-големи кинетични енергии. Електроните с най-големи кинетични енергии от първия електрод успявят да преодолеят потенциалната бариера и попадат във втория електрод. Охлаждащия радиатор подържа температурата на втория електрод по-ниска от тази на първия електрод. Количеството електрони от втория електрод, способни да преминат в първия е по-малко, поради което между първия и втория електроди се създава потенциална разлика, която нараства до изравняване на броя на преминаващите електрони през потенциалната бариера в двете посоки. При затворена верига между първия и втория електрод през външен електрически товар, следствие на създадената потенциална разлика, през термоемисионния преобразовател протича ток.
Потенциалната бариера обикновенно е изпълнена като тясна вакумирана междина между електродите. Този тип термо-емисионни преобразуватели работят при температура на първия електрод от порядъка на 1500-2000°К и температура на втория електрод от порядъка на 500-1000°К. За намаляване на работните температури и повишаването на коефициента на полезно действие на преобразователя първият електрод се изпълнява с малка отделителна работа на електроните а тясната междина се запълва с подходящ вид пари (например цезиеви).
Намаляване на работните температури и повишаването на коефициента на полезно действие при термо-емисионните преобразуватели е постигнато чрез изпълнението им на базата на полупроводникови материали. Обикновено при тях първият електрод е от п-тип полупроводник, вторият електрод е от р-тип полупроводник, а тясната междина често е запълнена с подходящ диелектрик или полупроводник.. Тези преобразуватели работят при температури на първия електрод около 600°К а температурата на втория електрод е около 300°К. При полупроводниковите термопреобразуватели се срещат и такива, работещи на комбиниран принцип, термо-емисионен съчетан с ефектите на Пелтие и Зеебек.
Намерилите практическо приложение до този момент термоемисионни преобразуватели се характеризират с относително високи работни температури на първия електрод и сравнително нисък коефициент на полезно действие.
Техническа същност на изобретението.
Задачата на изобретението е да създаде метод и устройство за пряко преобразуване на топлинна енергия в електрическа енергия и електрическа енергия в топлинна енергия. В процеса на преобразуване на енергията да не са необходими две различни температури, а преобразуването да е възможно и при по ниски работни температури на устройството.
Задачата на изобретението се решава с метод и устройство, използващо този метод за преобразуване на топлинна енергия в електрическа енергия и електрическа енергия в топлинна енергия.
Метод за преобразуване на топлинна енергия в електрическа енергия и електрическа енергия в топлинна енергия, използващ първи електрод, втори електрод и потенциална бариера. Метода се характеризира се с това, че първият електрод от електропроводим материал, съдържащ електрони на проводимостта с кинетична енергия в интервал с максимална енергия (Emaxl+Efl) и минимална енергия (Eminl+Efl) и вторият електрод от електропроводим материал, съдържащ електрони на проводимостта с максимална кинетична енергия (Emax2+Ef2), се свързват чрез потенциалната бариера с височина (Ep +Efl) и ширина Lp така, че електроните с по-голяма кинетична енергия от първия електрод преминават преимуществено през потенциалната бариера , попадат във втория електрод и създават потенциална разлика между първия електрод и втория електрод. При протичане на ток следствие на потенциалната разлика през външен електрически товар, първия електрод, втория електрод и потенциалната бариера се охлаждат и консумират топлинна енергия от външен източник на топлинна енергия, като по електрически път тази енергия © се предава на външния електрически товар, а при протичане на ток от външен източник на електрическа енергия против потенциалната разлика, в първия електрод, втория електрод и потенциалната бариера се отделя топлинна енергия, която се получава от външния източник на електрическа енергия и по топлинен път се предава на външен консуматор на топлинна енергия.
Предложеният метод на преобразуване на енергия позволява два режима на работа, единия режим позволявя производството на електрическа енергия и охлаждане, а другия позволявя преобразуването на електрическа енергия в топлинна енергия.
Предложеният метод позволява обратимост, превръщане на топлинна енергия в електрическа енергия и електрическа енергия в топлинна енергия.
©
Устройството, за преобразуване на топлинна енергия в електрическа енергия и електрическа енергия в топлинна енергия в съответствие с предложеното изобретение, реализиращо предложения метод включва, първи електрод, втори електрод и потенциална бариера, поставени в корпус. Проводници свързват първия електрод и втория електрод с изходни клеми. Устройството се характеризира с това, че първият електрод е от електропроводим материал, съдържащ електрони на проводимостта с кинетична енергия в интервал с максимална енергия (Emaxl+Efl) и минимална енергия (Eminl+Efl), вторият електрод е от електропроводим материал, съдържащ електрони на проводимостта с максимална кинетична енергия (Emax2+Ef2), ) и потенциалната бариера е е височина (Ep+Efl) и ширина Lp, пропускаща преимуществено електроните с по-голяма кинетична енергия от първия електрод към втория електрод. Първият електрод, вторият електрод, потенциалната бариера и корпусът са топлинно свързани по-между си.
За получаване на потенциална разлика между електродите при термоемисионните преобразователи се използва потенциална бариера и различни температури на електродите, за да се подържат различни енергии на електроните на електропроводимостта в тях, докато в предложеното изобретение вместо температурна разлика се използват електроди, имащи различно разпределение на енергиите на електроните на електропроводимостта в тях, при еднаква температура.
Предимствата на предложените метод и устройство за преобразуване на топлинна енергия в електрическа енергия и електрическа енергия в топлинна енергия са, че не се изискват две различни температури за преобразуването на енергията. Преобразуването на енергия е обратимо, едно устройство може да бъде използвано както за производство на електрическа енергия и едновременно с това за охлаждане, така и за загряване, като се консумира електрическа енергия. Изобретението е приложимо и при сравнително ниски работни температури. Факта, че не се използват две различни температури, позволявя лесно изпълнение на батерии от последователно, паралелно или смесено свързани устройства, оформени в един общ корпус.
Кратко описание на приложените фигури.
Фигура 1. изобразява схематично устройство за преобразуване на топлинна енергия в електрическа енергия и електрическа енергия в топлинна енергия в съответствие с предложеното изобретение.
Фигура 2. изобразява схематично предложеното устройство в режим на преобразуване на топлинна енергия в електрическа енергия.
Фигура 3. изобразява схематично предложеното устройство в режим на преобразуване на електрическа енергия в топлинна енергия.
Фигура 4. изобразява енергийните състояния на електроните в метал.
Фигура 5. изобразява енергийните състояния на електроните в силно легиран п-полупроводник.
Фигура 6. изобразява енергийните състояния на електроните в силно легиран р-полупроводник.
Фигура 7. изобразява енергийните състояния в устройство на базата на метал и силно легиран р-полупроводник в режим на късо съединение.
Фигура 8. изобразява енергийните състояния в устройство на базата на метал и силно легиран р-полупроводник в режим на празен ХОД.
Фигура 9. изобразява устройство, реализирано на базата на полупроводникова технология.
Фигура 10. изобразява устройство с регулируемо изходно напрежение.
Примери за изпълнение.
1. Метод за преобразуване на топлинна енергия в електрическа енергия и електрическа енергия в топлинна енергия, използващ първи електрод (1) , втори електрод (2) и потенциална бариера (3), характеризиращ се с това, че първият електрод (1) от електропроводим материал, съдържащ електрони на проводимостта с кинетична енергия в интервал с максимална енергия (Emaxl+Efl) и минимална енергия (Eminl+Efl) и вторият електрод (2) от електропроводим материал, съдържащ електрони на проводимостта с максимална кинетична енергия (Emax2+Ef2), се свързват чрез потенциалната бариера (3) с височина (Ep +Efl) и ширина Lp така, че електроните с по-голяма кинетична енергия от първия електрод (1) преминават преимуществено през потенциалната бариера (3), попадат във втория електрод (2) и създават потенциална разлика между първия електрод (1) и втория електрод (2), и при протичане на ток следствие на потенциалната разлика през външен електрически товар (8), първия електрод (1) , втория електрод (2) и потенциалната бариера (3) се охлаждат и консумират топлинна енергия от външен източник на топлинна енергия (7), като по електрически път тази енергия се предава на външния електрически товар (8), а при протичане на ток от външен източник на електрическа енергия (9) против потенциалната разлика, в първия електрод (1) , втория електрод (2) и потенциалната бариера (3) се отделя топлинна енергия, която се получава от външния източник на електрическа енергия (9) и по топлинен път се предава на външен консуматор на топлинна енергия (10).
При протичане на ток по затворената електрическа верига (Фиг.2.), следствие на създадената потенциална разлика в областта на първия електрод (1), втория електрод (2) и потенциалната бариера (3) се консумира топлинна енергия от външния източик на топлинна енергия (7), която по електрически път се отдава на външния електрически товар (8). В случай че постъпващото количество топлинна енергия от източника на топлинна енергия (7) е недостатъчно да подържа температурата на устройството, то неговата температура започва да намалява. Генерирането на електрическа енергия е свързано с поглъщане на топлинна енергия и устройството работи в хладилен режим. Предложеният метод на преобразуване на енергия в този режим позволявя производство на електрическа енергия и охлаждане.
При пропускане на ток (Фиг. 3.) от външен електрически генератор (9) в обратна посока на този, създаден от потециалната разлика между първия електрод (1), втория електрод (2), в устройството освен джауловата топлина се отделя и допълнително количество топлина, пропорционално на произведението на протичащия ток и потенциалната разлика между първия електрод (1) и втория електрод (2), която енергия е за сметка на външния електрически генератор (9) и се отдава на външния консуматор на топлинна енергия (10). Предложеният метод на преобразуване на енергия в този режим позволявя преобразуването на електрическа енергия в топлина енергия.
Предложеният метод позволява обратимост, превръщане на топлинната енергия в електрическа енергия и електрическата енергия в топлинна енергия.
Разпределението N(e) на участвуващите в електропроводимостта електрони по кинетични енергии около нивото на Ферми е функция на свойствата на материала и температурата [16]. Тази функция има две съставки. Едната съставка, която е функцията на Ферми F(e), дава вероятността дадено разрешено енергийно ниво около нивото на Ферми да бъде заето от електрон и е функция на температурата. Другата съставка S(e) дава разпределението на разрешените енергиини нива около нивото на Ферми и е функция на материала. Незаетите разрешени енергиини нива се описват от функцията Р(е).
За металите (Фиг.4.) може с приближение да се приеме, че разпределението на разрешените енергиини нива S(e) около нивото на Ферми Ef е равномерно и разпределението N(e) на електроните по енергии около нивото на Ферми Ef има вида на функцията на Ферми F(e). Електропроводимостта се осъществява основно в енергийната зона ((Emax+Ef)-(Emin4-Ef)), където има както електрони, така и свободни енергиини нива. За по-голяма яснота Етах и Emin са отчетени по отношение на нивото на Ферми Ef.
При повишаване на температурата в металите се увеличава броят на електроните с по-големи кинетични енергии над нивото на Ферми и се освобождават разрешени енергиини нива под нивото на Ферми.
Електропроводящите материали със забранени зони около нивото на Ферми не притежават разрешени енергиини нива и съответно електрони с енергии в областта на забранените зони.
При полупроводниците с п-тип проводимост е известно (Фиг.5.), че под зоната на електропроводимостта съществува забранена зона (ЕсEv). При тези електропроводими материали, електроните участвуващи в електропроводимостта са в областта на високите кинетични енергии на Ферми разпределението. Наличието на забранена зона под зоната на електропроводимостта обуславя по-тясна енергийна зона на електропроводимост ((Emax+Ef)-(Emin+Ef)) по отношение на тази в металите, и участието в електропроводимостта на електрони с повисоки кинетични енергии спрямо нивото на Ферми Ef. Електроните участвуващи в електропроводимостта са с енергии от горната част на спектъра на Ферми разпределението.
В полупроводниците с р-тип проводимост (Фиг. 6.), електропроводимостта се осъществява в горния енергиен спектър на валентната зона и над тази зона е разположена забранената зона (ЕсEv). При тези електропроводми материали електроните участвуващи в електропроодимостта са в областта на ниските кинетични енергии на Ферми разпределението. Наличието на забранена зона над зоната на електропроводимостта обуславя по-тясна енергийна зона на електропроводимост ((Emax+Ef)-(Emin+Ef)) по отношение на тази в металите и участието в електропроводимостта на електрони с по-ниски кинетични енергии спрямо нивото на Ферми Ef. Електроните участвуващи в електропроводимостта са с енергии от долната част на спектъра на Ферми разпределението.
...Τ...,.
Съществуват електропроводящи материали, при които електропроводимостта е ограничена в тесен енергиен спектър между две забранени зони. При тези материали зоната на електропроводимостта е сравнително най-тясна и може да е разположена над нивото на Ферми, под него или да го покрива. Съответно енергиите на електроните на електропроводимостта са от горната, долната или средната част на спектъра на Ферми разпределението.
При електрически контакт между два електропроводящи материала с нива на Ферми Е/1 и Ef2 е известно, че нивата на Ферми в материалите се изравняват. В зоната на контакт се образува двоен електрически слой, компенсиращ контактната потенциална разлика (Efl - Ef2), при което се получава изравняване броя на преминаващите електрони през зоната на контакт в двете посоки.
При свързването на първи електрод (1) от електропроводим материал, съдържащ електрони на проводимостта с кинетична енергия в интервал с максимална енергия (Emaxl+Efl) и минимална енергия (Eminl+Efl) и втори електрод (2) от електропроводим материал, съдържащ електрони на проводимостта с максимална кинетична енергия (Emax2+Ef2) чрез потенциална бариера (3) с височина (Ер +Efl) и ширина Lp (има се предвид правоъгълна потенциална бариера с височина (Ер +Efl) и ширина Lp), пропускаща преимуществено електроните с по-високи кинетични енергии, следствие на променените условия на преминаване на електроните с различна кинетична енергия през потенциалната бариера (3), възниква потенциална разлика Up между нивата на Ферми в двата електрода.
На Фиг.7 е показана енергийната диаграма на първи електрод (1) от метал, втори електрод (2) от силно легиран р-полупроводник, разделени с потенциална бариера (3). За опростяване на диаграмата, нивата на Ферми в двата електрода са приети еднакви. При външно късо съединение между двата електрода, нивата на Ферми Ef в тях се подържат еднакви. Следствие на това, че електроните с енергия, поголяма от височината (Ер +Efl) на потенциалната бариера (3) преминават преимуществено от първия електрод (1) към втория електрод (2), и през затворената електрическа верига протича ток.
За да има потенциалната бариерата (3) такива свойства е необходимо нейната височина (Ер +Efl) да е по-малка от маскималната енергия на електроните на проводимостта (Emaxl+Efl) в първия електрод (1) и по-голяма от минималната енергия на електроните на проводимостта (Emin 1+Efl) в първия електрод, и максималната енергия на електроните на проводимостта (Emax2+Ef2) във втория електрод (2) също да е по-малка от височината на потенциалната бариера (Ep +Efl). В случая се предролага, че ширината Lp на потенциалната бариера е достатъчно голяма и тунелните ефекти са незначителни. Изходната потенциална разлика Up е функция на това разположение на потенциалната бариера (3) и в зависимост от работната температура на устройството е от порядъка на миливолти до стотици миливолти при високи температури.
При отворена електрическа верига (Фиг.8.), потенциалната разлика Up нараства докато потокът електрони с по-ниска кинетична енергия от втория електрод (2) към първия електрод (1), породен от създадената потенциална разлика Up се изравни с потока електрони от първия електрод (1) към втория електрод (2), при което настъпва динамично равновесие. Нарастването на Up води до деформиране на формата и изменение на височината на потенциалната бариера.
При протичане на ток през външен товар Up се изменя така, че настъпва ново динамично равновесие в зависимост от протичащия ток.
При използване на структура с първи електрод (1) от силно легиран с п-полупроводник, втори електрод (2) от силно легиран рполупроводник и потенциална бариера (3) от собствен полупроводник или по-слабо легиран от първия електрод (1) п-полупроводник, изработени от един и същ полупроводников материал, следствие на контактната потенциална разлика между първия електрод (1) и втория електрод (2), потенциалната бариера (3) и при късо съединение се отличава от правоъгълна и има подобен вид на тази от Фиг.8, като нейната максималната височина надвишава максималната енергия на електроните (Emaxl+Efl) в първия електрод (1). В този случай потенциалната бариера (3) се прави достатъчно тясна, за да могат електроните с максимална енергия (Emaxl+Efl) от първия електрод (1) да преминават тунелно през нея.
При протичане на ток II през елемента, в него се отделя топлинна енергия с мощност Р = Up . II. Отделената топлинна енергия е със знак и зависи от посоката на тока II по отношение на създадената потенциална разлика Up. Ако тока II през веригата е породен от създадената потенциална разлика Up, то в елемента се поглъща от външния източик на топлинна енергия (7) топлинна енергия с мощност Р = Up . Il, която се отдава по електрически път на електрическия товар (8). При положение че посоката на тока II е противоположна на създадената потенциална разлика Up, то в устройството се отделя топлина енергия с мощност Р = Up . Il, която се консумира от източника на електрическа енергия (9) и се отдава на консуматора на топлинна енергия (10).
Поглъщането на топлинна енергия при протичането на ток, различна от тази при преход между двата електрода без потенциална бариера се дължи на факта, че от първия електрод към втория преминават преимуществено електрони с по-висока кинетична енергия и охлаждат първия електрод, при преминаването през създадената потенциална разлика губят част от енергията си и попадат на съответните енергиини нива във втория електрод. Коефициента е различен от коефициента на Пелтие за електродите в пряк контакт.
Устройство за преобразуване на топлинна енергия в електрическа енергия и електрическа енергия в топлинна енергия в съответствие с предложеното изобретение и реализиращо предложения метод включва, първи електрод (1), втори електрод (2) и потенциална бариера (3), поставени в корпус (4). Проводници (5) свързват първия електрод (1) и втория електрод (2) с изходни клеми (6). Устройството се характеризира с това, че първият електрод (1) е от електропроводим материал, съдържащ електрони на проводимостта с кинетична енергия в интервал с максимална енергия (Emaxl+Efl) и минимална енергия (Eminl+Efl), вторият електрод (2) е от електропроводим материал, съдържащ електрони на проводимостта с максимална кинетична енергия (Emax2+Ef2), ) и потенциалната бариера (3) с височина (Ер +Efl) и ширина Lp, пропускаща преимуществено електроните с поголяма кинетична енергия от първия електрод (1) към втория електрод (2) . Първият електрод (1), вторият електрод (2), потенциалната бариера (3) и корпусът (4) са топлинно свързани по-между си.
В зависимост от работната температура на устройството, реализацията на отделните елементи е възможна по различни начини. За високи температури над 600°К е необходимо да се използват за първи електрод (1) подходящи метали или п-полупроводници с достатъчно широка забранена зона, обзпечаваща необходимите свойства на полупроводника при тази температура. За вторият електрод (2) може да се използват р-полупроводници с достатъчно широка забранена зона, обзпечаваща необходимите свойства на полупроводника при тази температура. Потенциалната бариера (3) може да бъде вакумна или подобна на бариерите, използвани в класическите термоемисионни преобразуватели. При тези температури е възможно използването и на изолационен слой, формиращ висока потенциална бариера (3), през която електроните с високи кинетични енергии да преминават тунелно. Възможна е също така и потенциална бариера (3) от собствен или слабо легиран п-полупроводник.
При по-ниски температури от 600°К е за предпочитане изпълнението на устройството да се осъществи като единен (solid state) елемент с помощта на технологиите, използвани в полупроводниковата техника. Структурата на едно такова устройство е показана на Фиг.9, където върху метална пластина (11) са нанесени последователно N пъти, слой от силно легиран п-полупроводник формиращ първия електрод (1), тънък слой собсвен полупроводник, формиращ потенциалната бариера (3) и слой от силно-легиран рполупроводник, формиращ втория електрод (2). Върху последния слой от силно-легиран р-полупроводник е нанесен метален слой (12), свързан с единия от свързващите проводници (5) към изходните клеми (6) на устройството. Другият свързващ проводник (5) е свързан с металната пластина (11). Устройството е поставено в корпус (4). Горното устройство притежава N пъти по-високо изходно напрежение от изходното напрежение на един елемент.
На Фиг. 10. е показана структурата на устройство за преобразуване на топлинна енергия в електрическа енергия и електрическа енергия в топлинна енергия, включващо устройството показано на Фиг.2, и характеризиращо се с това, че върху първия електрод (1), втория електрод (2) и потенциалната бариера (3) е разположен изолационен слой (13), върху изолационния слой (13) е разположен управляващ електрод (14), като между първия електрод (1) и управляващия електрод (14) е свързан регулируем източник на напрежение (15).
В зависимост от потенциала на управляващия електрод (14) по отношение на първия електрод (1), потенциалната бариера (3) и втория електрод (2), под управляващия електрод (14) се формира зона (16), в която електроните се привличат или отблъсват от управляващия електрод (14), при което се изменя тяхната проходимост през бариерата (3). За да може да се получи пълно изменение на изходното напрежение от Up = 0 до Up = Um, където Um е максималното изходно напрежение на устройството, е необходимо, при нулево напрежение на управляващия електрод (14), потенциалната бариера (3) да е достатъчно висока и да не пропуска електрони и в двете посоки. След подаването на положителен потенциал на управляващия електрод (14), под него се формира зоната (16) и с изменението на потенциала на управалявящия електрод (14) се променя пропускливостта на потенциалната бариера (3). В случай, че при нулево напрежение потенциалната бариера (3) пропуска част от електроните, и зоната (16) не се простира през цялата потенциална бариера (3), то с управляващия електрод може само да се влияе в посока на намаляване на изходното напрежение Up на устройството.
©
Използвана литература.
1. US 6 774 298
2. US 6 770 808
3. US 6 696 635
4. US 6 673 996
5. US 6 946 596
6. US 6 906 449
7. US 6 779 347
8. US 6 489 704
9. US 6 396 191
10. RU95 114 876
11. US 5 945 767 - -
12. WO 9 313 558
13. WO 03/085 749 Al
14. А. Г. Каландаришвили. Источники рабочего тела для термоемсионнь1х преобразователей енергии. Москва. Знергоатомиздат. 1986г.
15. Б. М. Яворскийрский, А. А. Детлаф. Справочник по физике. Издателство “Наука” Москва. 1977г.
16. Р.Спроул. Современная физика. Издателство “Наука” Москва. 1974г.
Claims (3)
- Патентни претенции1. Метод за преобразуване на топлинна енергия в електрическа енергия и електрическа енергия в топлинна енергия, използващ първи електрод (1) , втори електрод (2) и потенциална бариера (3), характеризиращ се с това, че първият електрод (1) от електропроводим материал, съдържащ електрони на проводимостта с кинетична енергия в интервал с максимална енергия (Emaxl+Efl) и минимална енергия (Eminl+Efl) и вторият електрод (2) от електропроводим материал, съдържащ електрони на проводимостта с максимална кинетична енергия (Emax2+Ef2), се свързват чрез потенциалната бариера (3) с височина (Ep +Efl) и ширина Lp така, че електроните с по-голяма кинетична енергия от първия електрод (1) преминават преимуществено през потенциалната бариера (3), попадат във втория електрод (2) и създават потенциална разлика между първия електрод (1) и втория електрод (2), и при протичане на ток следствие на потенциалната разлика през външен електрически товар (8), първия електрод (1) , втория електрод (2) и потенциалната бариера (3) се охлаждат и консумират топлинна енергия от външен източник на топлинна енергия (7), като по електрически път тази енергия се предава на външния електрически товар (8), а при протичане на ток от външен източник на електрическа енергия (9) против потенциалната разлика, в първия електрод (1) , втория електрод (2) и потенциалната бариера (3) се отделя топлинна енергия, която се получава от външния източник на електрическа енергия (9) и по топлинен път се предава на външен консуматор на топлинна енергия (10).
- 2. Устройство за преобразуване на топлинна енергия в електрическа енергия и електрическа енергия в топлинна енергия включващо, първи електрод (1), втори електрод (2) и потенциална бариера (3), поставени в корпус (4), проводници (5) свързват първия електрод (1) и втория електрод (2) с изходни клеми (6), характеризиращо се с това, че първият електрод (1) е от електропроводим материал, съдържащ електрони на проводимостта с кинетична енергия в интервал с максимална енергия (Emaxl+Efl) и минимална енергия (Eminl+Efl), вторият електрод (2) е от електропроводим материал, съдържащ електрони на проводимостта с максимална кинетична енергия (Emax2+Ef2), ) и потенциалната бариера (3) с височина (Ep +Efl) и ширина Lp, пропускаща преимуществено електроните с по-голяма кинетична енергия от първия електрод (1) към втория електрод (2), а първият електрод (1), вторият електрод (2), потенциалната бариера (3) и корпусът (4) са топлинно свързани по-между си.
- 3. Устройство за преобразуване на топлинна енергия в електрическа енергия и електрическа енергия в топлинна енергия в сътветствие с патентна претенция 2, характеризиращо се с това, че върху първия електрод (1), втория електрод (2) и потенциалната бариера (3) е разположен изолационен слой (13), върху изолационния слой (13) е разположен управляващ електрод (14), като между първия електрод (1) и управляващия електрод (14) е свързан регулируем източник на напрежение (15).
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BG109419A BG109419A (bg) | 2006-01-27 | 2006-01-27 | Метод и устройство за преобразуване на топлинна енергия в електрическа енергия и на електрическа енергия в топлинна енергия |
| PCT/BG2007/000001 WO2007085065A2 (en) | 2006-01-27 | 2007-01-23 | Method and device for conversion of thermal energy into electric energy and electric energy into themal energy |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BG109419A BG109419A (bg) | 2006-01-27 | 2006-01-27 | Метод и устройство за преобразуване на топлинна енергия в електрическа енергия и на електрическа енергия в топлинна енергия |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BG109419A true BG109419A (bg) | 2007-07-31 |
Family
ID=38001765
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| BG109419A BG109419A (bg) | 2006-01-27 | 2006-01-27 | Метод и устройство за преобразуване на топлинна енергия в електрическа енергия и на електрическа енергия в топлинна енергия |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| BG (1) | BG109419A (bg) |
| WO (1) | WO2007085065A2 (bg) |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2258283A1 (de) * | 1972-11-29 | 1974-05-30 | Siegfried G Dr Krapf | Vorrichtung zur erzeugung elektrischer energie |
| US4771201A (en) * | 1978-08-10 | 1988-09-13 | Intelsat | Method and apparatus for thermionic energy conversion |
| US5356484A (en) * | 1992-03-30 | 1994-10-18 | Yater Joseph C | Reversible thermoelectric converter |
| US5841219A (en) * | 1993-09-22 | 1998-11-24 | University Of Utah Research Foundation | Microminiature thermionic vacuum tube |
| US5637946A (en) * | 1993-10-28 | 1997-06-10 | Lockheed Corporation | Thermally energized electrical power source |
| US6064137A (en) * | 1996-03-06 | 2000-05-16 | Borealis Technical Limited | Method and apparatus for a vacuum thermionic converter with thin film carbonaceous field emission |
| IL145350A0 (en) * | 1999-03-11 | 2002-06-30 | Eneco Inc | Hybrid thermionic energy converter and method |
| US7327026B2 (en) * | 2003-11-12 | 2008-02-05 | Sharp Kabushiki Kaisha | Vacuum diode-type electronic heat pump device and electronic equipment having the same |
-
2006
- 2006-01-27 BG BG109419A patent/BG109419A/bg unknown
-
2007
- 2007-01-23 WO PCT/BG2007/000001 patent/WO2007085065A2/en active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2007085065A3 (en) | 2008-06-12 |
| WO2007085065A2 (en) | 2007-08-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Takeda et al. | Hot carrier solar cells operating under practical conditions | |
| US20050016575A1 (en) | Field emission based thermoelectric device | |
| RU2419919C2 (ru) | Термоэлектрический элемент | |
| Jiang | Enhancing efficiency and power of quantum-dots resonant tunneling thermoelectrics in three-terminal geometry by cooperative effects | |
| KR20130071531A (ko) | 열전소자의 제조방법 및 이를 이용한 열전냉각모듈 | |
| US8519253B2 (en) | Method for converting thermal energy into electrical energy | |
| Su et al. | Material optimum choices and parametric design strategies of a photon-enhanced solar cell hybrid system | |
| Wu et al. | Bilayer excitons in two-dimensional nanostructures for greatly enhanced thermoelectric efficiency | |
| Lorenzi et al. | Conditions for beneficial coupling of thermoelectric and photovoltaic devices | |
| RU2336598C2 (ru) | Твердотельный преобразователь энергии (варианты) и способ преобразования тепловой энергии в электрическую или электрической в холод (варианты) | |
| Zebarjadi | Solid-state thermionic power generators: An analytical analysis in the nonlinear regime | |
| KR20110061751A (ko) | 열전소자용 유-무기 하이브리드 나노섬유 및 그 제조방법 | |
| WO2020129539A1 (ja) | 太陽電池および熱電変換素子を有する複合発電装置 | |
| CN101752496B (zh) | 外加电场型温差发电热电堆电池及其制冷装置 | |
| BG109419A (bg) | Метод и устройство за преобразуване на топлинна енергия в електрическа енергия и на електрическа енергия в топлинна енергия | |
| CN210723092U (zh) | 一种隔热的半导体热电/电热转换元件 | |
| CN110165264A (zh) | 一种磷酸燃料电池与两级半导体复合发电装置 | |
| Segarra et al. | Selection of thermoelectric materials to improve the efficiency of SOFC devices through cogeneration | |
| Zhang et al. | Thermodynamic analyses of a phosphoric acid fuel cell/thermoelectric generator hybrid system with the Thomson effect | |
| US20220399485A1 (en) | Thermoelectric conversion element | |
| KR20110135057A (ko) | 냉각전용 열전소자 및 그 제조 방법 | |
| TWI744717B (zh) | 熱電溫差發電裝置及其製造方法 | |
| Greaves | The direct conversion of heat into electricity. Thermoelectric conversion and thermionic conversion | |
| Solanki et al. | Materials Selection Criteria for Thermoelectric Power Generators Performance Enhancement: A Critical Review | |
| CN105588067A (zh) | 一种路灯发电装置 |