CN100411212C - 热电设备,直接能量转换系统和能量变换系统 - Google Patents

热电设备,直接能量转换系统和能量变换系统 Download PDF

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Abstract

本发明要提供一种能够抑制全球变暖的自驱动的直接能量变换系统，其使用一种热产生设备，所述热产生设备可以获得循环式的和开放的系统能源，利用自然界中取之不尽的可再使用的热能，而没有污染。所述系统具有：热能传递模块，其中珀尔帖效应装置组和赛贝克效应装置组分开一个给定的距离；电能产生模块；和电解器模块，其中进行热能的传递和电能的转换，水电解器电路人工地形成氢气和氧气的化学能源，氢气和氧气容易被增压、压缩、积累、存储和输送。因而，利用热能、电能和化学能。

Description

热电设备，直接能量转换系统和能量变换系统
技术领域
本发明涉及一种设备及其系统，其进行能量的相互转换，或者不同形式的热能变换器，尤其涉及一种热电设备、直接能量变换系统和能量变换系统，其直接地把自然界中存在的热能变换或变换成电能和化学能。
背景技术
因为本发明是根据公知和公用的技术(借助于热电变换器实现的能量利用形式)研发的，而没有进行相关的技术研究，由本申请人知道的相关技术不落在成文的公知的发明内。下面将说明公知的和公用的能量利用的形式。
在能量利用的近来的一些形式中，大多数不可逆地利用化石燃料、原子能和水力发电。特别是，化石燃料的消耗是增加全球变暖和环境破坏的一个因素。随着作为所谓的清洁能源的光伏功率、风力或氢气的消耗，直到最近才开始致力于减轻加于环境的负担，但是距离代替化石燃料和原子能还很遥远。
使用赛贝克(Seebeck)效应(下文称为赛贝克装置)的热电变换器已知是一种用于把自然界中存在的热能变换成可以直接使用的形式，例如电力，并且正在研发化石燃料和原子能的替代的能量。赛贝克装置构造成使具有不同的赛贝克系数的两种类型的导体(或半导体)相互接触，两个导体的自由电子的数量之间的差使电子运动以在两个导体之间产生电位差。把热能施加于接触部分上，以便使自由电子积极地运动，这使得热能被转换成电能。这被称为热电效应。
发明内容
不过，直接的发电机装置例如上述的赛贝克装置不能获得足够的电能，因而只限于作为小规模的能源。因此，实际上，应用形式也具有限制。
一般地说，上述的赛贝克装置是一种使加热模块(高温侧)和冷却模块(低温侧)组合的装置。此外，利用珀尔帖(Peltier)效应的热电装置(下文称为珀尔帖装置)也是一种组合热吸收模块和热产生模块的装置。更具体地说，在赛贝克装置中，加热模块和冷却模块相互进行热干扰，且在珀尔帖装置中，热吸收模块和热产生模块相互进行热干扰。因而，赛贝克效应和珀尔帖效应随时间而衰减。
因此，当珀尔帖装置和赛贝克装置被用于构成大规模能量变换设备时，因为强加于设备的安装位置上的物理限制使得这成为不现实的。此外，使用典型的珀尔帖装置和赛贝克装置的能量利用是单向利用。例如，尚未具有一种技术构思用来构造一种循环的形式，以使得被使用过的能量再次被使用。
将来的能量研发必须不会引起全球变暖或环境破坏，并且能够再利用。这对于将来的能量开发是一个基本的重要的问题。
本发明是为了解决这个问题，并且本发明要提供一种热电设备、一种直接的能量变换系统和一种能量变换系统，其利用(再利用)自然界中的热能，没有污染的存在于自然界中取之不尽的能量，获得各种形式的能量，例如热能、电能和化学能。
能够获得满足所述目的的能源的系统需要具有一个热开放系统和循环型的形式。更具体地说，本发明提供一种电路系统，其可以通过在分开给定距离的区域之间的珀尔帖装置进行热能传递，通过赛贝克装置直接把热能变换成电位能，并利用电解液和水的电解把电位能转换成化学位能以便容易地存储、积累和传递能量。
例如，所述系统可以有效地利用和再利用自然界中的热能而不利用化石燃料，把热能变换成电能作为电力加以利用，将电能转换成化学能，并因而构成一个开放的能量循环系统。因此，可以提供一种直接的能量变换系统，其可以减少全球变暖并具有极小的有污染伴随着的环境负担。
附图说明
通过结合附图考虑下面的详细说明可以人容易地理解本发明的教导，其中：
图1是利用能带说明珀尔帖效应和赛贝克效应的原理的示意图；
图2是用于说明可被隔开一个给定距离的在第一实施例中的一对珀尔帖效应热传递电路系统的示意图；
图3是用于说明在珀尔帖效应中相对于时间改变的温度的改变的图；
图4是用于说明在珀尔帖效应中相对于时间改变的温度的改变的图；
图5是表示相对于电流的改变的温度的改变的图；
图6是表示相对于电流的改变的温度的改变的图；
图7是表示可被分开一个给定的距离并借助于赛贝克效应由热能变换成电能的在第二实施例中的一对电路系统的示意图；
图8是表示一种自驱动的热传递系统的示意图，用于说明在第三实施例中的使用热电设备的直接能量变换系统；
图9是表示相对于温差的改变的电动势的图；
图10是一个示意的电路图，表示一种自驱动热传递系统，其说明在第四实施例中的使用热电设备的直接能量变换系统；
图11是一个示意的电路图，表示一种自驱动热传递系统，用于说明在第五实施例中的使用热电设备的直接能量变换系统；
图12是一个示意的电路图，表示一种自驱动热传递系统，用于说明在第六实施例中的使用热电设备的直接能量变换系统；
图13是一个示意的电路图，表示一种自驱动热传递系统，用于说明在第七实施例中的使用热电设备的直接能量变换系统；
图14是一个示意的电路图，表示一种自驱动热传递系统，用于说明在第八实施例中的使用热电设备的直接能量变换系统；
图15是一个示意的电路图，表示一种自驱动热传递系统，用于说明在第九实施例中的使用热电设备的直接能量变换系统；
图16是一个示意的电路图，表示一种自驱动热传递系统，表示在第十实施例中的使用热电设备的直接能量变换系统；
图17是用于说明在第一个例子中的热电变换器设备和直接能量变换系统的示意图；以及
图18是用于说明在第二个例子中的热电变换器设备和直接能量变换系统的示意图。
具体实施方式
下面说明本发明的实施例。
如发明内容中所述，赛贝克装置(或珀尔帖装置)具有由以下的事实引起的问题：加热模块和冷却模块组合(或者热吸收模块和热产生模块组合)成一个装置。因此，为了解决这个问题，本发明人把注意力集中在使赛贝克装置(珀尔帖装置)的加热模块和冷却模块(热吸收模块和热产生模块)分离上。然后进行了实验以便证实是否加热模块可以和冷却模块分离(热吸收模块可以和热产生模块分离)，而装置仍然具有这样的特征，即加热模块和冷却模块(热吸收模块和热产生模块)可以被单独地配置。
下面参照附图详细说明按照本发明的实施例的热电设备、直接能量变换系统和能量变换系统。在这些实施例中，利用自然能的整个直接能量变换系统以一个开放的系统操作，因而需要注意，不能应用“只在一个封闭的系统中才成立的熵增加的原理”。
首先，说明本发明的基本技术构思(原理)。图1是一个示意图，用于借助于能带说明珀尔帖效应和赛贝克效应的物理机制的原理。示出了一个示意的形式，其中具有导电性的连接件M例如金属被插在一个传导件A(例如，在图1中是p型半导体，下文称为第一传导件)和传导件B(例如，在图1中是n型半导体，下文称为第二传导件)之间，两者具有不同的赛贝克系数，一个外部磁场从第二传导件B沿着第一传导件A的方向被施加。此外，在图1中，有阴影的区域表示没有自由电子的带电带(charged band)，长短交替的虚线表示费密能级VF，符号EV表示带电带的上端能级，符号EC表示导电带的下端能级，符号EVac表示真空能级(vacuum level)。
如图1所示，当外部电场从第二传导件B沿着第一传导件A的方向施加时，能级被这样排列，使得具有有限厚度的连接件M的费密能级EF处于第一传导件A的费密能级EF以下(低能级)，并且第二传导件B的费密能级EF被设置在那个能级以下(低能级)。当没有外部电场施加时，传导件A和B的费密能级EF处于相同的能级。此外，当外部电场从第一传导件A沿着第二传导件B的方向施加时，第一传导件A、连接件M和第二传导件B的费密能级EF和图1所示的能级设置相反。
图1中的符号φA(T)、φM(T)和φB(T)分别表示第一传导件A、连接件M和第二传导件B的电势(阻挡层电势)，并且是唯一地由第一传导件A、连接件M和第二传导件B的温度限定的电势，和外部电场的方向无关。例如，例如，当具有电荷e的电子要跳出第一传导件A、连接件M和第二传导件B时，它们需要的能量分别是eφA(T)、eφM(T)、和eφB(T)。
如上所述，当施加外部电场时，电子便这样运动，使得第一传导件A的费密能级EF、连接件M的费密能级EF和第二传导件B的费密能级EF为相同的能级，在第二传导件B和连接件M之间的接触电位差VBM是φB(T)-φM(T)，在连接件M和第一传导件A之间的接触电位差是φM(T)-φA(T)。
在这种状态下，当外部电场从第二传导件B沿第一传导件A的方向施加以便传送电流时，在导电带中的自由电子流和在与空穴的运动相关的带电带中的电子流从第一传导件A沿着连接件M的方向运动，进而从连接件M沿着第二传导件B的方向运动。此外，因为由于外部电场引起的自由电子的漂移速度小于自由电子的热速度，故其可被忽略。
此处，当把注意力集中在从第一传导件A沿着连接件M的方向进而从连接件M朝向第二传导件B运动的自由电子流的电子群上时，在标记的电子群中的各个电子的总能量相应于电位能和由于热速度而具有的动能的总和。标记的电子群从第一传导件A朝向连接件M，并从连接件M朝向第二传导件B运动的物理过程是一种电子地绝热过程，其中因为每个连接表面的面积足够小，使得外部能量不会添加到标记的电子群上。
更具体地说，当标记的电子群从第一传导件A沿着连接件M的方向并从连接件M朝向第二传导件B侧流动时，电子的热能由于在每个边界表面(图1中有两个边界表面)中电子的电位能的增加而减小，并且流入每个边界表面的电子的热速度被减小。
在每个边界表面中减少的标记的电子群的热速度引起热能，在非常快地等量分配时间之前，将被从自由电子群和在连接件M以及第二传导件B中存在的传导件原子吸收，并因而热吸收现象发生在连接件M的第一传导件A侧和第二传导件B的连接件M侧之间的边界附近。像这样的物理过程是通过珀尔帖效应引起热吸收现象的物理机制。在第一传导件A的接合件M侧和连接件M的第二传导件B侧之间的边界附近，没有上述的热吸收现象发生。
那么，当外部电场反向而使电流的方向相反时(当外部电场从第一传导件A沿着第二传导件B的方向施加时)，和图1所示的相反，各能级被这样设置，使得具有有限厚度的连接件M的费密能级EF被设置为高于第一传导件A的费密能级EF(高能级)，第二传导件B的费密能级EF被设置为高于其上的能级(高能级)。因为第一传导件A、连接件M和第二传导件B的电势φA(T)、φM(T)、和φB(T)由第一传导件A、连接件M和第二传导件B的各自的温度唯一地确定，所以大小关系不变，而电子流的方向反向。
因而，在每个边界表面的动能通过减少电子的电位能而增加，流入每个边界表面的电子的热速度增加，因而在连接件M的第二传导件B侧和第一传导件A的连接件M侧之间的每个边界附近发生热产生现象。此外，在第二传导件B的连接件M侧和连接件M的第一传导件A侧之间的边界附近不发生热产生现象。
为了传输电流，需要构成闭合电路。在典型的珀尔帖装置中，珀尔帖装置电路构成为使得具有传导件A(T)、连接件M(T)和传导件B(T)的连接结构，其中具有小的绝对赛贝克系数的连接件M被插在第一传导件A和第二传导件B之间，并通过外部电源在其间传输电流。在这样构成的珀尔帖装置电路中，在第一传导件A和第二传导件B之间的绝对赛贝克系数的差越大，由珀尔帖效应引起的热产生值或热吸收值越大。绝对赛贝克系数是对于具有温度相关性的传导件唯一的系数。
在这样构成的闭路的帕耳帖装置电路中，除非足够大的散热件(具有高的散热效果的部件)除去在热产生侧上的热产生能量，传导件A(T)，连接件M(T)以及传导件B(T)的导电带会具有极高的温度，这是因为这些元件具有良好的导热性，例如如图1所示。
因而，在带电带中的大量的电子被热激发到导电带中，费密能级EF被大大增加，使得所有三个导体的电位相等，即φA(T)＝φM(T)＝φB(T)。当达到这个状态时，从原理上所述的帕耳帖效应便不复存在，外部附加的电力只用于焦耳加热这三个导电带中的电阻而被消耗。为了不进入这个状态，在其中具有帕耳帖装置电路的一般的家用电气设备和计算机中，采用一种结构，其中大的吸热体和散热材料或电扇被设置在帕耳帖装置的热产生侧上(在热产生侧附近)，用于抑制帕耳帖效应的消散。
与此相反，在本发明中，具有优良的电特性(例如导热性和导电性)的耦接材料(例如两个导线材料)被用于以预定距离分离帕耳帖装置电路的热产生侧和热吸收侧，从而形成一种热开放系统(例如利用耦接件(长距离的导线材料)，其可以获得一个距离使得不发生热产生侧和热吸收侧之间的相互的热干扰)，并且热产生侧和热吸收侧被置于热独立的环境中(不同温度的环境中)，以便防止帕耳帖效应永久不会被消散，并且可以利用帕耳帖效应。
在这样构成的珀尔帖装置电路中，当不施加图1所示的外部电场时，当温度T升高时，借助于热激发，在导电带中的电子的数量和带电带中的空穴的数量增加。因而，使更多的电子运动，使得在第一传导件A侧上的费密能级EF、连接件M的费密能级EF以及第二传导件B侧的费密能级EF具有相等的能级，且在第一传导件A和连接件M之间的接触电位差(即eφA(T)-eφM(T))变大。
在图1所示的两组结构不施加任何电场串联连接的情况下，即，在由第一传导件A(Tα)与第二传导件B(Tα)形成的单元和由第一传导件A(Tβ)与第二传导件B(Tβ)形成的单元利用耦接件(例如导线材料)电气串联的情况下，当温差(Tα)-(Tβ)增加时，串联的电位差电压V增大。电压V相应于由于赛贝克效应而产生的输出电压。
本发明借助于利用耦接件连接两组由具有不同的赛贝克系数的两个传导件构成的单元构成，通过外部电场传输电流的珀尔帖效应和不施加任何外部电场地串联连接接触电位差的赛贝克效应具有相似的物理基础。更具体地说，本发明利用具有类似物理机制的珀尔帖效应和赛贝克效应的两个特征。
[第一实施例]
图2涉及第一实施例的热电设备，这是一个示意的电路图，用于说明一对珀尔帖效应热传递电路系统，其可以在两个热电变换器之间自由地设置一个空间。此外，在图2所示的每个符号中，R1和R2表示在热吸收侧和热产生侧(或在高温侧和低温侧)上的传导件的电阻，Ic表示电路电流，Rc表示连接传导件的电路电阻，VEX表示外部电源电压。在下面的所有实施例和例子中，这些符号的每一个都相同。
如图2所示，具有不同赛贝克系数的第一传导件A11和第二传导件B12通过具有良好的导热和导电性的材料(例如铜、金、铂和铝)制成的连接件d13彼此相连，从而形成第一热电变换器10。此外，和第一热电变换器10类似，具有不同赛贝克系数的第一传导件A21和第二传导件B22通过连接件d23彼此相连，从而形成第二热电变换器20。
此外，和连接件d13相对的第一传导件A11、第二传导件B12的表面利用具有良好的导热和导电性的耦接件(由铜、金、铂和铝制成的导线材料)24和与连接件d23相对的第一传导件A21、第二传导件B22的表面相连。然后，直流电源Ex和耦接件24的一部分(例如一个传导件的中心部分)串联，从而构成具有连接件13和23的一对珀尔帖效应热传递电路系统，分别作为热吸收模块和热产生模块。
需要使耦接件24具有这样的长度，使得至少第一热电变换器10和第二热电变换器20不相互发生热干扰。理论上，该长度可以被不同地设置，从大约几微米的长度到几百公里的长度。
这样构成的电路系统是一种可以以给定的距离分开热吸收模块(即，负的热能源)和热产生模块(即，正的热能源)的系统，从而独立地利用正负两个热能源。
此外，在利用耦接件24进行热电变换器10和20之间的连接时，除去连接件(d13，d23)和传导件(A11，B12，B21，B22)接触的部分之外(下文称为连接件相对部分)，耦接件直接和各个传导件相连也是可接受的。此外，例如，如图2所示，如果需要，导电板(例如铜、金、铂和铝)d14可以和连接件相对部分相连，并且一个端子(例如铜、金、铂和铝)d15再和导电板d14相连。
这里，以图2所示的结构的电路进行了实证实验，其中使用典型的π型pn结器件(例如由Melcor，USA生产的CP-249-06L和CP2-8-31-08L)作为热电变换器10和20，第一热电变换器10和第二热电变换器20被分开5mm或2mm的距离(耦接件24(铜线)的长度)，通过外部直流电源把电流馈入电路。
结果，在电路的两端(即，连接件d13和d23)，在第一热电变换器10和第二热电变换器20中发生了由珀尔帖效应产生的热吸收现象和热产生现象，而且证实了珀尔帖效应不被消散，并且在热吸收模块的第一热电变换器10和热产生模块的第二热电变换器20分离的结构中也被保持。此外，当馈入的电流的方向反向时，还证实了在两端的热吸收现象和热产生现象被反向。
接着，当在图2的电路中第一热电变换器10和第二热电变换器20之间的距离分开5mm时，由外部直流电源馈入电流。如图3所示，其表示第二热电变换器20的热产生模块的温度(连接件d23的温度)Tβ被热传导到第一热电变换器10的热吸收模块侧，从而逐渐增加第一热电变换器10的热吸收模块的温度(连接件d13的温度)Tα。
在另一方面，当第一热电变换器10和第二热电变换器20之间的距离是2m时，如图4所示，其表示第二热电变换器20的热产生模块的热没有被热传递到第一热电变换器10的热吸收模块侧，因而第一热电变换器10侧不和第二热电变换器20侧发生相互的热干扰。更具体地说，这揭示了其取决于外部热能降。
于是，获得了3次的数据，每次都是在图2所示的电路中的第一热电变换器10的热吸收模块借助于外部热源进行人工的热控制，以便保持10℃的温度(当被热控制时)的情况下，以及在第一热电变换器10的热吸收模块的温度Tα和第二热电变换器20的热产生模块的温度Tβ变得均衡的状态下不进行人工热控制(在加热之前)的情况下获得数据。第二热电变换器20的热产生模块的温度改变(℃)和温度变化(ΔTβ(℃))相对于外部直流电源的电流的改变被测量，其结果示于图5和图6。
此外，在图5中，符号实心钻石、实心方块和实心矩形分别表示当被热控制时第一、第二和第三次的测量值；符号星号、跟随的圆圈(follow circle)和加号分别表示在加热之前第一、第二和第三次的测量值；符号实心圆圈和减号分别表示在加热之前和进行热控制时的测量值的平均值。此外，在图6中，符号星号、实心圆圈和实心方块分别表示在图5中第一、第二和第三次在当进行热控制和加热之前的情况下之间的温度差；符号实心矩形表示在进行热控制时和加热之前的情况下的温度差的平均值。
图5的结果揭示，所述的差是在被加热之前和进行热控制时当外部电源的电流增加时在热产生侧上的温度中出现的，并且所述的温度差也增加。更具体地说，其揭示了热能传递按照来自第一热电变换器10侧的热能输入进行。此外，如图6所示，其还揭示了，温度变化ΔTβ随着外部电源的电流的增加而增加，并且热能传递的量也增加。
因此，可以确定，图2所示的珀尔帖效应电路的热能传递具有外部热能输入相关性和电流相关性，并且传递的量随电流的增加而增加。更具体地说，可认为该原理证实热能从电路的热吸收模块侧传送到热产生模块侧(所谓的利用导体中的自由电子的热泵(heat pumping))，并且通过各导体中的自由电子可进行热能传递。此外，可以确认热能传递的量取决于电流，当电流增加时传递量增加。
此外，关于温度相关性，获得至少一个这样的距离，该距离维持“热吸收模块的温度Tα＜热产生模块的温度Tβ”的关系，可以利用和图2所示的结构不同的结构获得珀尔帖效应。不过，优选地，获得一个这样的距离，在该距离下，具有热吸收作用的热电变换器(下文称为热吸收装置，相应于图2的热电变换器10)不和具有热产生作用的热电变换器(下文称为热产生装置，相应于图2中的热电变换器20)发生相互的热干扰。例如，在图2所示的耦接件24中，当提供一个长度，使得至少第一热电变换器10不和第二热电变换器20发生相互的热干扰时，在理论上，这个长度可以从大约几微米的极短的长度到大约几百公里或更长的长度被不同地设定。
[第二实施例]
外部直流电源Ex从第一实施例的图2所示的珀尔帖效应电路中被除去，电路的两端，即第一热电变换器10的连接件d13和第二热电变换器20的连接件d23被加热和冷却，使得提供大约80℃的温度差。可以证实，在除去电源Ex处的端子上产生了0.2mV的电动势。此外，还可以证实，在加热侧的第一热电变换器10和冷却侧的第二热电变换器20被分开的结构中，赛贝克效应没有被消散，并且被保持。
图7涉及第二实施例，这是一个示意的电路图，表示一对直接变换电路系统，借助于赛贝克效应由热能变换成电能，其可以自由地设置在两个热电变换器之间的空间。
在图7所示的电路系统中，和图2类似，从电路系统中除去了直流电源，耦接件的长度被这样调节，使得至少第一热电变换器10不会和第二热电变换器20发生相互的热干扰(例如如果需要，从大约几微米的极短的长度到几百公里的长度)，并且耦接件24的一部分被切除，以形成输出电压端子。
在图7所示的电路系统中，第一热电变换器10的热吸收模块(连接件d13)和第二热电变换器20的热吸收模块(连接件d23)被置于不同的温度环境内，并有限地保持环境温度T1和T2中的温度差T1-T2。因而，在不同环境中存在的热能通过赛贝克效应可被直接地转换成电位能，并且例如可以用作为电源。
这里，在图7所示结构的电路系统中，使用典型的π型pn结装置作为热电变换器10和20，第一热电变换器10和第二热电变换器20隔开一个2m的距离(耦接件24(铜线)的长度)，耦接件24的一部分(例如一个耦接件的中心部分)被切掉，在电路系统两端的热吸收模块(第一热电变换器10的连接件d13)和热产生模块(第二热电变换器20的连接件d23)被从外部加热和冷却，同时由电压测量装置在切掉的部分测量通过赛贝克效应输出的电压。这样，可以测量正负输出电压。此外，当热产生模块被加热以及热吸收模块被冷却时，可以证实输出电压的正和负被反向。
此外，因为赛贝克效应直接把温度差转换成电位能，例如，在图7所示的结构中，确保至少维持关系T1＞T2的距离，使得获得赛贝克效应。不过，优选地，保证一个这样的距离，使得至少第一热电变换器10不会和第二热电变换器20发生相互的热干扰。例如，在耦接件24中，当提供一个长度，使得在理论上至少第一热电变换器10不和第二热电变换器20发生相互的热干扰，该长度可以被不同地设置，从大约几微米的极短的长度到几百公里或更长的长度。
如上述的第一和第二实施例那样，以前从来不会考虑到这样的构思，即，利用具有优良的导热性的耦接件把构成珀尔帖效应装置和赛贝克效应装置的传导件分开一个给定的距离。在这种结构中的热能传递具有一种作为原理的物理机制，其中上面详细说明的电子地热绝缘现象和通过具有优良的导热性的耦接件以电磁波的速度传输的电流，使得即使电路系统中的热吸收模块侧和热产生模块侧分开一个长的距离，也能进行瞬时传递。
假定热能的传递机制是：一个电子群用电磁方式推动其相邻的电子群，并且这种轻微的运动通过导体中的电子群以电磁波的速度传播，从而传递热能，而不是在导体(例如耦接件)中自由电子群本身传送热能。在物理上，热产生和热吸收在电路系统中的任何位置独立地发生，但是根据所构成的电路系统的电流连续性原理和能量守恒定律，在传输相同量的电流I的热吸收模块和热产生模块中的热吸收能量和热产生能量因而也成为相同的量(接近相同的量)。
[第三实施例]
在第三实施例中，根据本发明的基本技术构思，将描述用于实现本发明的目的的特定的配置(例如在第一和第二实施例中所示的配置的特定的例子)。
图8是一个示意的电路图，表示一种自驱动的热传递系统，用于说明第三实施例中使用热电设备(例如第一实施例的热电设备)的直接能量变换系统。此外，在图8(以及后面的图10-16)中，Vs表示电压输出，Rc1，Rc2表示电路电阻，Ic表示电路电流。此外，符号30表示和图7所示的第一热电变换器10以及第二热电变换器20类似的热电变换器。此外，Is表示具有优良的导热性和绝缘性能的绝缘材料(例如硅油，表面阳极化的金属和绝缘板)。此外，在和每个热电变换器的一部分相对的连接件上设置的导电板和端子与第一、第二实施例中的相同，因而它们在图中未示出。该系统在这种配置下借助于下面的操作步骤(1)-(3)进行工作。
(1)首先，和第一、第二实施例类似，第一热电变换器10和第二热电变换器20被置于离开一个预定距离的不同温度(T1，T2)的环境中，和热电变换器10的第一传导件A11以及第二传导件B12的部分相对的每个连接件利用具有优良的导热性的耦接件24a(由铜，金，铂，和铝制成的导线材料)和与热电变换器20的第一传导件A21以及第二传导件B22的部分相对的每个连接件相连。然后，使外部直流电源Ex和开关SW1与耦接件24a的一部分相连，从而构成热能传递模块G1，其由一对珀尔帖效应热变换器电路系统构成，其中图2所示的连接件d13和d23被分别构成热吸收模块和热产生模块。
需要对耦接件24a提供一个长度，使得至少第一热电变换器10和第二热电变换器20之间不会发生相互的热干扰。理论上，所述长度可以被不同地设置，从大约几微米的极短的长度到几百公里或更长的长度。
热能传递模块G1的开关SW1被接通，以便驱动外部直流电源Ex。因而，热能以在热能传递模块G1的珀尔帖效应电路系统之间的一个给定的距离，从热源侧(温度为T1的热源侧)沿着电能产生模块G2(电能产生模块G2由2m个热电变换器30构成，稍后进行说明，(m是自然数；图8使用两个变换器))的方向传递。此外，在图8中，在热源和热能传递模块G1之间插入绝缘材料Is。
(2)利用赛贝克效应的电能产生模块G2通过绝缘材料Is被设置在热能传递模块G1的热产生侧上。对于电能产生模块G2，为了增加赛贝克效应的输出电压，使用2n个热电变换器30，其中的每一个由具有不同的赛贝克系数的利用连接件d33连接的第一传导件A31和第二传导件B32构成(n是自然数，图8中使用6个变换器)，每个热电变换器30利用耦接件24b以多级串连连接。每个热电变换器30中的热吸收装置30a被设置在高温侧(图8中设置有3个装置)，热产生装置30b被设置在低温侧(图8中设置有3个装置)，以便配置。开关SW2和耦接件24b的一部分相连。
开关SW2被接通，以便借助于通过绝缘材料Is传递的热能把热吸收装置30a(热吸收装置30a的连接件d33)的热吸收模块的环境温度加热到温度T2，并把热产生装置30b的热产生模块的环境温度加热到温度T3，或者如果需要，把该环境温度利用风冷或水冷冷却到T3。维持状态“T2＞T3”，以便在电能产生模块G2中产生电位能。此外，如图8所示，当在电能产生模块G2中使用2n个热电变换器时，电能产生模块G2具有n个珀尔帖效应电路。在热能传递模块G1中的热产生侧(连接件d23)上的热能通过绝缘材料Is被吸入电能产生模块G2中的热吸收侧(热吸收装置30a的连接件d33)，进而被传递到电能产生模块G2的热产生侧(热吸收装置30b的连接件d33)。
(3)电能反馈模块G3构成为使热能传递模块G1(耦接件24a的一部分)和电能产生模块G2(耦接件24b的一部分)利用耦接件24c相连，使得在电能产生模块G2中产生的输出电压(电位能)正反馈到热能传递模块G1。开关SW3和耦接件24c的一部分相连。
然后，使开关SW2和开关SW3接通，开关SW1断开，从而切断外部直流电源。因而，在电能产生模块G2中产生的输出电压借助于电能反馈模块G3被正反馈到热能传递模块G1，通过使用在热能传递模块G1中的珀尔帖效应的电路保持电流被传送通过电路，因而也维持由热能传递模块G1进行的热能的传递。更具体地说，只要热源的热能最后被用作模块G1的热源的热能，这种电路系统便要保持被驱动。
此外，图8所示的电路系统热动态地是一个在开放的系统中被操作的系统。应当注意，“只在独立地封闭的系统内才成立的熵的增加原理”不能应用于这种系统，并且这种电路系统决不会是像永动机那样在科学上不能实现的系统。
此外，为了检查在图8所示的电路中的电能产生模块G2中的赛贝克效应，相对于在T2和T3之间的温差T2-T3测量电动势。可以证实，获得的电动势随T2-T3的增加而增大，如图9所示。更具体地说，按照图8所示的电路，可以证实，在T2和T3之间的温差被保持以便有效地产生和保持由赛贝克效应产生的电动势。图9所示的这个实验的结果也可以通过图7所示的电路来获得。
[第四实施例]
图10是一个示意的电路图，表示一种自驱动热传递系统，其说明在第四实施例中的使用热电设备的直接能量变换系统，并且是用于说明进一步改善图8所示的电路系统的一种自驱动的热传递系统的示意图。这种改进的系统在所示的配置下利用下面(1)-(4)的操作步骤进行工作。此外，和图8相同的部分用相同的符号表示，并省略其详细说明。
(1)在图8所示的电路系统中，连接在热电变换器10和20之间的开关SW1和外部直流电源Ex被除去，并且具有开关SW3的耦接件24c和热电变换器10的传导件A11相连，从而构成电能反馈模块G3。在图10所示的电能产生模块G2中，如果需要，赛贝克电路系统的高温侧(图10中的热吸收装置30a的连接件d33)上的温度借助于生火木材或辅助加热器50(例如一个小尺寸的加热器)被加热到T3。电能产生模块G2的低温侧(图10的热吸收装置30b的连接件d33)被设置为环境温度，或者所述环境温度借助于风冷或水冷(由冷却装置进行外部冷却)冷却到温度T4，并保持T3＞T4的状态，以便提供足以电驱动珀尔帖效应热传递模块的赛贝克电动势。更具体地说，当直接能量变换系统被启动而被使用时(开始阶段)，在电能产生模块G2中的热吸收装置中的一个或几个被外部加热，或者热吸收装置中的一个或几个被外部冷却。在热吸收装置侧和热产生装置侧之间产生环境温差，以便使得赛贝克电路系统能够获得赛贝克效应(在本发明的一个方面中的一个启动模块(多个启动模块)被配置)。
(2)电能反馈模块G3的开关SW3被接通，以便把通过赛贝克效应在电能产生模块G2中产生的输出电压正反馈到热能传递模块G1中的珀尔帖效应热传递系统。
(3)在(1)中的正反馈允许通过在用于进行热能传递的热能传递模块G1中的珀尔帖效应热传递电路传输电流，并且该热能增加温度T2(在热能传递模块G1中的第二热电变换器20的连接件增加其温度到图8中的温度T2)。随后，T2和T3具有几乎相同的温度，然后切断由辅助加热器50进行的外部加热。
(4)在图10所示的电路系统中，最初引入的能量被局部地附加(到图10中的热吸收装置30a的连接件d33上)，因而例如利用图8所示的电路系统，能量可被抑制而成为小于作为在珀尔帖效应热能传递电路中的焦耳热损失初始消耗的能量。具体地说，在大规模系统的情况下，其中由珀尔帖效应实现的热能传递电路之间的热能传递距离从几十公里到几百公里或更长，这具有重大的优点。
[第五实施例]
图11是一个示意的电路图，表示一种自驱动热传递系统，用于说明在第五实施例中的使用热电设备的直接能量变换系统，并且是用于说明进一步改善类似于图8的外部直流电源的一种自驱动的热传递系统的示意的电路图。
更具体地说，在使用如图8所示的外部直流电源Ex的电路系统中，构成电解器模块G4，其中多个热电变换器30多级串连连接，从而借助于赛贝克效应形成电能产生模块G2，负载电路61被设置在模块G2的输出电压的输出端子上，和正反馈电路模块(即，电能反馈模块G3)并联连接。作为负载电路61的一个特定的例子，例如使用一个电解器，其借助于水的电解把电位能转换成氢气(H2)和氧气(O2)的化学位能。
此外，在该图的符号中，IL表示负载电流，RL表示负载电阻，这在后面的实施例和例子中相同。此外，对于用作负载电路61的电解器，可以使用一般在市场上可得到的电解器。此外，热能传递模块G1和电能产生模块G2的配置和图8的相同，因而省略其详细说明。
在第五实施例中，在电能产生模块G2中产生的电位能可利用电解器被转换成氢气(H2)和氧气(O2)的化学位能加以利用，例如，所述电解器用于电解被设置在电解器模块G4中的水。此外，电位能到化学位能的转换使得能够保证能量容易地被增压、压缩、存储、积累和输送。
此外，化学位能通过电能反馈模块G3被正反馈到热能传递模块G1和电能产生模块G2，并因而在热能传递模块G1和电能产生模块G2中使用珀尔帖效应和赛贝克效应保持向电路系统传送电流，并且可以维持通过热能传递模块G1实现的热能传递和通过电能产生模块G2实现的电能产生。
[第六实施例]
图12是一个示意的电路图，表示一种自驱动热传递系统，用于说明在第6实施例中的使用热电设备的直接能量变换系统。作为负载电路的一个特定的例子，在用于改进图10和11所示的系统的自驱动热传递系统中设置有用于电解水的电解器模块G4。
在图12所示的电路系统中，利用化学位能的电解器模块G4被设置在图10所示的系统上。更具体地说，这是一种借助于电解液和水的电解有效地利用传递的热能、电能和化学位能的自驱动热传递系统。
当图12所示的改进的自驱动热传递系统例如被安装在日本以及全世界的地区和局部区域时，显然，由该系统获得的能量将刺激在这些地区和局部区域的经济和食物生产，与此同时，实际上可以实现减少全球变暖和抑制对环境的破坏，例如，这对于支持21亿人口和其它的生物是特别有用的。
[第7实施例]
图13是一个示意的电路图，表示一种自驱动热传递系统，用于说明在第7实施例中的使用热电设备的直接能量变换系统。这个系统不使用珀尔帖效应热能传递电路，来自热源的热能利用赛贝克效应借助于直接热能电能变换模块G5被直接地变换成电位能，这是一种被配置成多级串连连接多个热电变换器30的电路。在输出电压的末端，作为负载电路的一个特定例子设置有水电解器模块G4，其例如借助于水的电解转换成化学位能。
和电能产生模块G2类似，用于直接热能电能变换模块G5的热电变换器30借助于耦接件24被多级串连连接，在每个热电变换器30中的热吸收装置30a被设置在高温侧(图8中设置有3个装置)，热产生装置30b被设置在低温侧(图8中设置有3个装置)。
按照第7实施例的配置，可以由自身驱动的直接变换电路系统可以由热能直接获得电位能和化学位能。
[第8实施例]
图14是一个示意的电路图，表示一种自驱动热传递系统，用于说明在第8实施例中的使用热电设备的直接能量变换系统。该系统进一步改进了图2所示的电路系统，并具有多个珀尔帖效应热能传递电路(相应于热能传递模块G1)。
首先，热吸收装置的多个热电变换器10被置于不同的温度环境中(图14中具有5个热电变换器10，它们被置于温度为T1a-T1e的环境中)，并且热产生装置的多个热电变换器20被置于不同的温度环境中(图14中两个热电变换器20被置于温度为T2a和T2b的环境中)。此外，用于热电变换器10的环境温度被设置为高于用于热电变换器20的环境温度。
然后，与每个热电变换器10中的第一传导件A11以及第二传导件B12的部分相对的连接件利用耦接件24和与每个热电变换器20中的一个或多个第一传导件A21、第二传导件B22的部分相对的连接件相连。此外，每个耦接件的一个或几个部分(图14中为2个部分)和直流电源相连。
因而，可以构成不会损失而可以维持珀尔帖效应的电路系统，热能可被从多个不同温度的环境中传递到另外的多个环境中。
[第9实施例]
图15是一个示意的电路图，表示一种自驱动热传递系统，用于说明在第9实施例中的使用热电设备的直接能量变换系统。该系统进一步改善了图7所示的电路系统，其借助于赛贝克效应直接把存在于不同环境中的热能变换成电位能。
首先，把热吸收装置的多个热电变换器10置于不同温度的环境中(图15中为温度T1a-T1c)(图15中3个热电变换器10被置于温度为T1a-T1c的环境中)，并且热产生装置的多个热电变换器20被置于不同的温度环境中(图14中2个热电变换器20被置于温度为T2a和T2b的环境中)。此外，热电变换器10的环境温度被设置为高于热电变换器20的环境温度(例如在图15中，T2a<T1a>T2b<T1b>T2c<T1c>T2d)。
然后，与每个热电变换器10的第一传导件A11以及第二传导件B12的部分相对的连接件通过耦接件24和与热电变换器20的任何一个第一传导件A21以及第二传导件B22的部分相对的连接件相连，因而各个热电变换器10和20被串连连接。此外，各个耦接件的任意一个的部分被切掉，从而形成输出电压端子(符号VOUT)。
因而，存在于多个不同温度的环境中的热能通过赛贝克效应可被直接转换成电位能，其可以通过输出电压端子被用作电源。
[第10实施例]
图16是一个示意的电路图，表示一种自驱动热传递系统，表示在第10实施例中的使用热电设备的直接能量变换系统。该系统进一步改善了图12所示的电路系统，其利用通过珀尔帖效应热能传递电路传递的多个环境中的热能，并通过赛贝克效应获得电位能和化学位能。
首先，对于由多个热电变换器10和20(即相应于热能传递模块G1)构成的珀尔帖效应热能传递电路的每个热电变换器20，设置多个热吸收装置30a(对每个热电变换器20(图16中的温度T3a和T3b)设置一个热吸收装置)，并且多个热产生装置被设置在比热吸收装置30a的环境温度较低的温度(温度T4a)的环境中(图16中设置一个热产生装置)。
然后，利用耦接件24使与每个热吸收装置30a的第一传导件A11、第二传导件B12的部分相对的连接件和与每个热产生装置30b的第一传导件A21、第二传导件B22的一个或几个的部分相对的连接件相连(图16中的单个连接件相对部分)。这样，配置成借助于赛贝克效应实现的电能产生模块G2。此外，这样配置电能反馈模块G3(图中未示出)，使得电能产生模块G2的输出电压被正反馈到热能传递模块G1的珀尔帖效应热传递系统。此外，负载电路61相对于电能产生模块G2的输出电压的输出端与电能反馈模块G3并联地设置，这样配置成电解器模块G4。
因而，可以从不同温度下的多个环境传递的热能来获得电位能和化学位能，并且电位能和化学位能被正反馈到珀尔帖效应热能传递电路，以便使得能够保持珀尔帖效应而不损失珀尔帖效应。
此外，图2，7，8和10-16所示的配置的各个电路系统可以使热吸收模块和热产生模块(或者加热模块和冷却模块)分开一个预定距离，热能或电位能可以被传递从一个短的距离(大约几微米)到一个长的距离(例如几百公里)。更具体地说，可以构成没有污染的循环式的能源获取系统，其可以再利用自然界中取之不尽的热能。
此外，如图14和16所示，通过这样连接耦接件，以使得多个珀尔帖效应电路相互并联(至少两个珀尔帖效应电路彼此相互并联)，从而构成直接能量变换系统。这样，例如，即使在耦接件中一个或多个位置发生故障例如断路，(例如，在图16中的符号X处发生断路)，也可以通过和发生故障的珀尔帖效应电路并联设置的珀尔帖效应电路(没有故障的珀尔帖效应电路；例如在图16中在温度为T1a-T1c，T1e的温度下的环境中传递热能的珀尔帖效应电路)连续地进行热能传递，因而可以稳定地获得电位能。
此外，关于构成每个实施例中示出的热电变换器的传导件，固溶体作为在低温范围内(例如室温)的热电材料是已知的，例如Bi2Te3，Bi2Se3，和Sb2Te3。关于在超过1000K的高温范围内的热电材料，除去SiGe合金之外，还有Ce3Te4，La3Te4和Nd3Te4。关于在中温范围内的热电材料，PbTe和AgSbTe-GeTe多组份(multi-compound)以及Mg2Ge-Mg2Si是已知的。优选地，考虑使用热电变换器的环境的温度来选择给定的传导件。
此外，对于用于构成热电变换器的成对的p型和n型传导件，可以使用相同的或不同的材料。可以按照使用热电变换器的环境的温度选择给定的组合。
下面说明关于热电设备和使用所述热电设备的作为在第1到第10实施例中的循环式能源获取系统的直接能量变换系统的更特定的例子。
[第1个例子]
图17是用于说明按照本发明的一个大规模的第一例子，和一种公共能源设施的特定例子的示意图。
在图17中，符号101a表示在珀尔帖效应热传递电路系统(或者多个珀尔帖效应热传递电路系统)的热电设备中在热吸收侧上的热电变换器组(例如相应于图14中的各个第一热电变换器10(特别相应于第一热电变换器10的连接件d13侧))，符号101b表示在热产生侧(例如相应于图14中的各个第二热电变换器20上的热电变换器组(特别相应于第二热电变换器20中的连接件d23侧))，其和热吸收侧上的热电变换器组101a离开一个预定距离。此外，T11，T12和T2表示地区α(海水和河流)、地区β和地区γ的温度，T11和T12被设置为高于T2的温度。这样构成的珀尔帖效应热传递电路系统按照下面(1)-(6)所述被实现。
(1)因为水下面大约10米的海水总是在稳定的温度下(恒温)流动，其终年是一种稳定的热能源。通过图17所示的珀尔帖效应热传递电路系统，海水中的稳定的热能被从热吸收侧上的热电变换器组101a传递(长距离的能量传递)到热产生侧上的热电变换器组101b。
赛贝克效应装置组(图中未示出；相应于图16中的各个热吸收装置30a)紧密地和热产生侧上的热电变换器组101b接触，以长距离传递的热能通过赛贝克效应进行能量变换而成为电位能(例如第二到第五、第七、第九和第十实施例所述，赛贝克效应能量变换电位能)，因而例如可以终年进行稳定的发电。更具体地说，可以在日本任何地方构成利用自然能(传递的热能)的无污染的基础设施设备，例如电厂。
(2)代替如(1)在海水中热吸收侧上设置热电变换器组101a，热电变换器组101a被设置在河流中。河水中的热能通过和(1)中相同的方法(用于长距离能量传递的相同的方法)被以中距离能量传递到热产生侧上的热电变换器设备101b。使赛贝克效应装置组紧密地和热电变换器组101b接触，以便从热能变换成电位能。因而，可以和(1)类似地在日本任何地方构成利用自然能的无污染的基础设施设备，例如电厂。
(3)代替如(1)和(2)把热电变换器组101a设置在海水和河水中的热吸收侧上，热电变换器组101a被设置在地面上(图17中的地区γ)，热能被直接从地热、例如废的热水以及太阳光的热能取得。因而，可以和(1)、(2)类似地在日本任何地方构成利用自然能的无污染的基础设施设备，例如电厂。
(4)在(1)-(3)中那些地区获得的电力(由基础设施例如电厂获得的电力)被用于水的电解，例如根据第五到第七、以及第十实施例，因而电位能被能量变换成氢气和氧气的化学位能。
由化学位能积累的氢气和氧气被增压、压缩和存储在容器中。因而有利于运送，因而在日本任何地区都可以供应和存储化学位能源。氢气和氧气再次相互反应，从而转换成动力能和推力能，并供给氢燃料电池使用，因而可以按照用途加以利用。
(5)因为在利用(4)的氢气和氧气的化学位能时产生的废物(产品)是水，因而环境负担例如污染几乎是零。
(6)来自(1)到(5)中利用的环境的能源是由从太阳到地球的阳光转换成热能的一部分，这些能源作为辐射能随时间被发射到地球的外部。示例的形式是“循环式的和可维持的能量利用”，其使用从太阳获得的能量流的一部分。
[第2个例子]
图18是用于说明按照本发明的一个中规模的第二例子的示意图，是一个例如在住宅中的能源系统的一个特定的例子。在图18中，符号102a表示在珀尔帖效应热传递电路系统(或者多个珀尔帖效应热传递电路系统)中的热电设备的热吸收侧上的热电变换器组，符号102b表示在热产生侧上的热电变换器组，其和热吸收侧上的热电变换器组102a离开一个预定距离，符号103表示一种容易吸收阳光的材料(下文称为光吸收材料，例如黑色材料)，符号104表示电气设备例如照明设备，其按照下面的(1)-(4)所述的来实施。
(1)因为典型的用于屋顶的光伏功率产生(photovoltaic powergeneration)装置几乎反射所有的太阳能，故其不能有效地利用太阳能。此时，光伏功率产生装置被置于屋顶的上方，薄的光吸收材料103被置于其上，和光伏功率产生装置的两侧紧密接触，并且在热吸收侧上的热电变换器组102a被相对于光吸收材料103设置。
因而，光吸收材料103吸收黑色能量而几乎把全部太阳能转换成热能。此时，图18所示的珀尔帖效应热传递电路系统允许在热吸收侧上的热电变换器组102a吸收由所述转换获得的热能，且热电变换器组101a把其传递(中距离和短距离的能量传递)到在热产生侧上的热电变换器组101b。传递的热能可用于家庭空间加热设备和用于不同用途的加热器。在这个例子中，基本点在于，该系统不需要大的外部电功率，从太阳光获得的能量按照不同用途被转换成热能，该热能可以以各种形式加以利用。当这个新的系统和光伏功率产生一道引入时，和只使用光伏功率产生装置相比，相对于入射的太阳能的转换的能量利用的效率被极大地提高。
(2)图18所示的例子是在白天的热能利用的例子，因而认为户外温度高于室内温度。不过，例如，在夜间这种温度关系便颠倒了。因此，在图18所示的能源系统中配置一个开关装置(图中未示出)，例如，所述开关装置由传感器(图中未示出)控制，该传感器检测户外温度和室内温度的变化，或者被在住宅内的人来控制，使得在能量供应系统中的热吸收侧和热产生侧被转换。因而，可以进行所需的热能变换(例如，把室内的热量排到室外)。
因而，在图18所示的珀尔帖效应热传递电路系统中的电流的方向被反向，例如，热电变换器组102a、102b可被形成珀尔帖效应热传递电路系统的热产生侧和热吸收侧，而不用替换电路模块(热吸收侧和热产生侧在珀尔帖效应热传递电路系统中被转换)。因此，可以构成不需要大的外部电功率的制冷器和制冰机(当使用按照本发明的改进的珀尔帖效应热传递系统时，例如，可以构成不用外部电的空气调节器系统)。
(3)使赛贝克效应装置组(图中未示出；相应于图16中的各个热吸收装置30a)和热产生侧上的热电变换器组102a(或102b)紧密接触，在所述热产生侧热能如(1)或(2)中所述被传递，然后传递的热能通过赛贝克效应进行能量变换而成为电位能(例如，如第二到第五、第七，第九和第十实施例所述，通过赛贝克效应进行能量变换而成为电位能)。因而，例如可以在各地区或住宅内构成中规模的发电机。
(4)在(3)中的中规模的发电机，例如，根据第五到第七和第十实施例被用于进行水的电解，然后可以把电位能通过能量变换而成为氢气和氧气的化学位能。因此，和第一个例子类似，可以在各地区和住宅内安装适用于各种用途的利用化学能的系统。
[第三个例子]
例如，在生活环境周围的空气总是具有一些热能，除非其处于绝对零度0开尔文。由生活环境周围的空气保持的热能被利用，即，下面要说明的小规模的例子。
(1)在珀尔帖效应热传递电路系统(或者多个珀尔帖效应热传递电路系统)中，在热吸收侧上的热电变换器(或变换器组)被置于离开热产生侧上的热电变换器(或变换器组)所需的距离(在热吸收侧上的珀尔帖效应装置组不会和在热产生侧上的珀尔帖效应装置组发生相互热干扰的一个距离)。因为例如根据第一实施例，在珀尔帖效应热传递电路系统中的两个热电变换器组按照用途可以被独立地使用，所以制冷侧被设置在室内的空气调节器和电冰箱或冷藏室中，热产生侧被设置在水加热器、锅和烹调加热器上。因而，制冷器(冷却)和加热器可以在住宅内以成对的形式被使用，而不使用大的外部电功率(此外，也在这种情况下，当使用改进的珀尔帖效应热传递系统时，可以使用具有冷却和加热作用的成对的各种家用设备而不使用外部电功率)。
(2)此外，珀尔帖效应热传递电路系统的体积可被减少到可以便携的形式。因而，例如对于室内、室外和野营的面积，可以生产具有冷却和加热的各种成对的设备，例如小体积的冰箱、锅和烹调设备。
(3)下面说明用于在大、中、小型计算机、个人计算机、小型电源、固体、液体和气体中除去不需要的热量的方案以及利用所述除去的热量的方案。
例如，在典型的计算机内，中央处理单元(CPU)装置是在工作着的计算机中主要的热产生源。为了除去CPU装置的热量，当前使用冷却热模块，其具有大约1cm的厚度，其中使用珀尔帖效应装置，使珀尔帖效应装置的热吸收侧和CPU装置紧密接触，在热产生侧上安装有用于除去热量散热器板和小型风扇(小风扇)，用于强制排热。因此，这具有不可避免的问题，即电能浪费、由风扇引起的气流噪声以及其它噪声。
在另一方面，当使用本发明时，在珀尔帖效应热传递电路系统中的热吸收侧和热产生侧之间的空间利用具有良好的导热性的耦接件相互隔开几厘米到几米的距离，例如按照计算机的尺寸，使热吸收侧和CPU装置紧密接触，并把热产生侧安装在大的表面积的计算机机箱和外部散热金属物体上，或者安装在水加热器上。因而，可以实现无噪声地散热，并同时节约电能。
此外，在本发明中，按照使用改进的珀尔帖效应热传递系统和不需要外部电功率的电路系统，除了计算机之外，可以使用于除去固体、液体和气体中的不需要的热量的小型电源和小型装置商品化。
下面是本发明的一些其它的示例的应用。在液体的情况下，例如在销售冷饮或热饮的自动售货机中，珀尔帖效应热传递电路系统中的热吸收侧被置于冷饮侧上，珀尔帖效应热传递电路系统的热产生侧被置于热饮侧上。因而，可以开发这种使用改进的珀尔帖效应热传递系统的自动售货机，其可以大大减小外部电功率并且不需要外部电功率。
此外，在气体的情况下，按照鱼玻璃箱和肉类冷冻器使加热器成对，因而可以实现一种循环型装置，其具有冷却、储存、加热和热隔离的组合功能，并且使用低的能量且无污染。
所有利用按照本发明的改进的珀尔帖效应热传递系统的例子都是“开放的能量再循环系统，其不需要燃料例如化石燃料和外部电功率，并根据自然界中的热能和各种形式的能量变换进行热能传递”，因而可以提供“具有较小的伴随着污染而产生的环境负担的减少全球变暖的系统”。
如上所述，只详细说明了本发明的特定的例子。不过，显然，对于本领域技术人员，在本发明的技术构思的范围内，可以作出各种改变和改型，这些改变和改型当然落在权利要求的范围内。

Claims (13)

1. 一种热电设备，包括：
珀尔帖效应热传递电路系统，包括：
多个热电变换器，每个热电变换器包括具有不同的赛贝克系数的第一传导件和第二传导件，以及用于连接所述第一传导件和所述第二传导件的连接件，其中：
第一传导件的纵向长度长得足以防止第一传导件的第一纵向端处的热效应和第一传导件的第二纵向端处的热效应彼此抵消，并且足以保持第一传导件的第一纵向端和第二纵向端之间的温度差；
第二传导件的纵向长度长得足以防止第二传导件的第一纵向端处的热效应和第二传导件的第二纵向端处的热效应彼此抵消，并且足以保持第二传导件的第一纵向端和第二纵向端之间的温度差；以及
连接件连接第一传导件的第一纵向端和第二传导件的第一纵向端；
第一耦接件，用于电气地且串联地把一个热电变换器的第一传导件的第二纵向端连接到另一个热电变换器的第一传导件的第二纵向端；
第二耦接件，用于电气地且串联地把一个热电变换器的第二传导件的第二纵向端连接到另一个热电变换器的第二传导件的第二纵向端；以及
和所述耦接件中的一个串联连接的直流电源，
其中，所述珀尔帖效应热传递电路系统包括热吸收模块和热产生模块，其中热吸收模块被设置为离开热产生模块，以使得保持热吸收模块的温度低于热产生模块的温度。
2. 一种直接能量变换系统，包括：
直接能量变换电路系统，包括：
多个热电变换器，每个热电变换器包括具有不同的赛贝克系数的第一传导件和第二传导件，以及用于连接所述第一传导件和所述第二传导件的连接件，其中：
第一传导件的纵向长度长得足以防止第一传导件的第一纵向端处的热效应和第一传导件的第二纵向端处的热效应彼此抵消，并且足以保持第一传导件的第一纵向端和第二纵向端之间的温度差；
第二传导件的纵向长度长得足以防止第二传导件的第一纵向端处的热效应和第二传导件的第二纵向端处的热效应彼此抵消，并且足以保持第二传导件的第一纵向端和第二纵向端之间的温度差；以及
连接件连接第一传导件的第一纵向端和第二传导件的第一纵向端；以及
第一耦接件，用于电气地且串联地把一个热电变换器的第一传导件的第二纵向端连接到另一个热电变换器的第一传导件的第二纵向端；以及
第二耦接件，用于电气地且串联地把一个热电变换器的第二传导件的第二纵向端连接到另一个热电变换器的第二传导件的第二纵向端，
其中，所述热电变换器包括置于高温环境中的第一热电变换器和置于低温环境中的第二热电变换器，其中第一热电变换器被设置为离开第二热电变换器，以使得将第一热电变换器的温度保持为高于第二热电变换器的温度，
其中，所述直接能量变换电路系统被配置成允许从至少一个耦接件提取电位能。
3. 如权利要求2所述的直接能量变换系统，其中，所述直接能量变换系统包括启动模块，用于借助于进行初始外部加热和初始外部冷却之一来在第一热电变换器和第二热电变换器之间提供温差。
4. 如权利要求3所述的直接能量变换系统，其中，所述直接热能变换系统被配置成利用所述电位能进行电解，以便把所述电位能转换成化学位能。
5. 一种能量变换系统，包括：
根据权利要求2所述的直接热能变换系统；以及
包括珀尔帖效应热传递电路系统的热电设备，该热电设备包括：
多个热电变换器，每个热电变换器包括具有不同的赛贝克系数的第一传导件和第二传导件，以及用于连接所述第一传导件和所述第二传导件的连接件，其中：
第一传导件的纵向长度长得足以防止第一传导件的第一纵向端处的热效应和第一传导件的第二纵向端处的热效应彼此抵消，并且足以保持第一传导件的第一纵向端和第二纵向端之间的温度差；
第二传导件的纵向长度长得足以防止第二传导件的第一纵向端处的热效应和第二传导件的第二纵向端处的热效应彼此抵消，并且足以保持第二传导件的第一纵向端和第二纵向端之间的温度差；以及
连接件连接第一传导件的第一纵向端和第二传导件的第一纵向端；
第一耦接件，用于电气地且串连地把一个热电变换器的第一传导件的第二纵向端连接到另一个热电变换器的第一传导件的第二纵向端；
第二耦接件，用于电气地且串联地把一个热电变换器的第二传导件的第二纵向端连接到另一个热电变换器的第二传导件的第二纵向端；以及
和所述耦接件中的一个串联连接的直流电源，
其中，所述珀尔帖效应热传递电路系统包括置于第一温度环境中的热吸收模块和置于第二温度环境中的热产生模块，其中热吸收模块被设置成离开热产生模块，以使得保持第一温度环境的温度高于第二温度环境的温度，
其中，所述能量变换系统被配置成把从热电变换器设备获得的热能提供给直接能量变换系统中置于高温环境中的第一热电变换器，以便获得电位能，以及
其中，所述能量变换系统被配置成把所述电位能的一部分正反馈到所述热电设备，以用作为直流电源。
6. 如权利要求5所述的能量变换系统，其中，所述直接能量变换系统包括启动模块，用于借助于进行初始外部加热和初始外部冷却之一来在第一热电变换器和第二热电变换器之间提供温差。
7. 如权利要求5所述的能量变换系统，还包括和所述耦接件中的一个相连的通/断开关，其中，所述能量变换系统被配置成借助于转换所述通/断开关来控制电位能的正反馈。
8. 如权利要求7所述的能量变换系统，其中，所述热能变换系统被配置成借助于转换所述通/断开关来向所述热电设备提供电位能，以及用于切断来自所述热电设备的直流电源的电力供应。
9. 如权利要求8所述的能量变换系统，其中，所述热能变换系统被配置成利用所述电位能进行电解，以便把所述电位能转换成化学位能。
10. 如权利要求7所述的能量变换系统，其中，所述热能变换系统被配置成利用所述电位能进行电解，以便把所述电位能转换成化学位能。
11. 如权利要求5所述的能量变换系统，其中，所述热能变换系统被配置成利用所述电位能进行电解，以便把所述电位能转换成化学位能。
12. 一种能量变换系统，包括：
直接能量变换电路系统，包括：
多个热电变换器，每个热电变换器包括具有不同的赛贝克系数的第一传导件和第二传导件，以及用于连接所述第一传导件和所述第二传导件的连接件，其中：
第一传导件的纵向长度长得足以防止第一传导件的第一纵向端处的热效应和第一传导件的第二纵向端处的热效应彼此抵消，并且足以保持第一传导件的第一纵向端和第二纵向端之间的温度差；
第二传导件的纵向长度长得足以防止第二传导件的第一纵向端处的热效应和第二传导件的第二纵向端处的热效应彼此抵消，并且足以保持第二传导件的第一纵向端和第二纵向端之间的温度差；
连接件连接第一传导件的第一纵向端和第二传导件的第一纵向端；以及
第一耦接件，用于电气地且串联地把一个热电变换器的第一传导件的第二纵向端连接到另一个热电变换器的第一传导件的第二纵向端；以及
第二耦接件，用于电气地且串联地把一个热电变换器的第二传导件的第二纵向端连接到另一个热电变换器的第二传导件的第二纵向端，
其中，所述热电变换器包括置于高温环境中的第一热电变换器和置于低温环境中的第二热电变换器，其中第一热电变换器被设置为离开第二热电变换器，以使得将第一热电变换器的温度保持为高于第二热电变换器的温度，
其中，所述直接能量变换电路系统被配置成允许从至少一个耦接件提取电位能，以及
其中，所述热能变换系统被配置成利用所提取的电位能进行电解，以便把所述电位能转换成化学位能。
13. 如权利要求12所述的能量变换系统，其中，所述能量变换系统包括启动模块，用于借助于进行初始外部加热和初始外部冷却之一来在第一热电变换器和第二热电变换器之间提供温差。
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