CN101055914A - 热电转换电池 - Google Patents
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Abstract
本发明属于热电转换的技术领域，具体涉及一种热电转换电池，解决了现有技术中热电转换技术转换率低，实际应用效果差的问题。热电转换电池，包括接受电子的加热极、电子的发射极以及二者之间设置的热电转换材料，发射极、加热极为金属材料，热电转换材料为黄铁矿制成。本发明所述的热电转换电池可以把各种热能转化为电能，其敏感性好，空气中的温度变化都可以使热电池产生电流变化，是一种普通热量的收集转化器，60～100℃以内的加热就可以得到很好的热电转换效果，而且可以长期反复使用。
Description
技术领域
本发明属于热电转换的技术领域，具体涉及一种热电转换电池。
背景技术
平时人们所用的电饭锅，电磁灶、电暖器等都是电流转换为热能为人们所用。而热能是否能转换为电能，也成为人们研究的课题。太阳能、热电厂的热能，地热等能量如果可以转换为电流，其经济价值、社会价值是非常可观。
现在热电厂的热发电是用热量把水加热变成水蒸汽，水蒸汽打动汽动机，汽动机带动发电机发电，工序繁杂，用了多次转换才能将热量转变为电能。而完成发电后，除少量热量进行再利用，其余的都被浪费。如果将这些大量的热能也转换为电能，给人们带来的经济和社会效益是非常巨大的。
热电转换技术是一种实现热能和电能直接相互转换的的绿色能源，使用这项技术，利用农作物、垃圾、汽车余热甚至人体热能，在住宅、农庄、汽车上就可以建立一个小型发电系统，满足人们对小功率电能的需求。目前人们对热电转换技术的研究有所涉及，如温差电偶法。
温差电偶法，是用两种金属导线把两个端头直接连接起来，形成循环线路，让一个接触端头加热，属于加热端，另一个接触端头处于冷端进行散热，循环线路中则有电流产生。但是其的转换率低，根本达不到实用价值。但是其证明热量是可以直接转换成电流的。
发明内容
本发明为了解决现有技术中热电转换技术转换率低，实际应用效果差的问题，提供了一种热电转换电池。
本发明采用如下的技术方案实现：热电转换电池，包括接受电子的加热极、电子的发射极以及二者之间设置的热电转换材料，发射极、加热极为金属材料，热电转换材料为黄铁矿制成，所述的热电转换材料的加工过程如下：将黄铁矿粉碎至80～100目，用水浸泡20天左右，然后自然晾干，晾干后的粉末用绝缘漆浸泡20天左右，然后涂设在加热极和发射极之间，自然晾干。所述的加热极可为金属线、金属管、金属筒、金属板，发射极可为金属线、金属管、金属筒、金属板。所述的热电转换材料的外露端设封口盖，封口盖上设置两个加料管，加料管一端与热电转换材料连通，另一端连接加料器。所述的发射极上设面积扩大装置。
热电效应是在给物质加热时，可以感应出电流来，电流强度随着热量的增加而增加的现象。在加热时能感应出电流的物质叫热电效应材料，也叫热电转换材料。用金属材料作两极，中间用热电转换材料将两金属材料连接起来，制作而成热电转换电池。
热电转换电池可利用太阳能、热电厂的余热、地热等热能转换为电能，其转换效率主要取决于热电转换材料以及两极金属材料的性能。
热电转换电池是单向导热结构，是先把一个金属电极加热，然后再由加热的金属通过热电转换材料把热量传导给另一个金属电极。由于单向导热结构，使微小的热粒子向电子转化产生了连续循环的电流。由于单向导电结构，对热电池中的热电流起到了正向促进，反向阻止的作用。
热电池的转换效果与两金属极和热电转换材料的接触面积有关，所以在两个金属极与热电转换材料的接触面上设置面积扩大装置，主要设置在发射极上。可以附加和本金属极相同材质的金属线，或把金属极与热电转换材料的接触面制作成高低不平的凹凸面，也可把制作成折叠式结构，还可用金属线直接缠绕在金属极上制作成接触面。扩大接触面积，使热电转换达到最佳效果。必要时，热电转换电池还可以并联或者串联使用，如把若干组热电池重叠在一起，使热量得到更充分的转换效果。
对热电池的加热方法，可采用从外到内的方法，也可采取从内向外的方法，或采取从上而下，从下而上的方法。可用箱式太阳能储温装置加热，也可采用如热水等热源加热，加热时要把热电池内部的温度控制在各自峰值许可的范围内，一般控制在100℃以下。由于热电池的结构不同，加热的方法也不同。
由于热电池产生热电流需要时间。加热速度慢，热电流产生的也慢。在停止加热时，随着热量的消失，电流才逐渐消失。所以热电流有一定的连续性，不会因为加热的突然停止，而使电流中断。
公知的光不能储存，热量可以储存，而且好多方面的热量都不受太阳出落的限制。热电池在没有太阳的情况下也可以使用存储的热量或其他热量产电，利用前景非常广泛。而且本发明所述的热电转换材料的制作，工艺简单，不需要经过特殊工艺处理，还可以实现产储一体化的热电效应蓄电池。可以省去热电厂的汽化轮、发电机等装置，还可以省去变压器等相关输电设备。实际上是简单随地都可以实现的发电装置。本发明可以有效利用太阳能，丰富的太阳能资源可以供人们广泛地使用热电转换电池。
本发明所述的热电转化电池设计为单向导热结构。通过实验证明，热量的单向流动和热电池中的热电流产生对流运动，微小的热粒子和运动中的电子发生对撞，在对撞中，热粒子对运动中的热电子所带的电磁场产生切割作用。在对撞和切割磁力线的过程中，热量转化为新的电子，新的电子形成后，作为发射极的金属电子空缺补充，补充后再发射，发射后再补充，形成了发射补充的循环运动，这样热电效应电池就可以在加温的情况下，一直不停地产生电流。
如图26所示，发射极的金属材料为发射电子的一极，加热极的金属材料为接受电子的一极，二者之间为热电转换材料，当对加热极进行加热，热量通过热电转换材料沿传导方向所示的方向传导到发射极的金属材料的过程中，在碰撞和切割磁力线的作用下，一部分热粒子开始转换为新的电子，新的电子处于半成熟状态，在还没有转化的热粒子和半成熟的热电子在继续碰撞热电子并切割电磁场，并到达发射电子的发射极的金属材料时，新的电子已彻底成熟，并对发射出电子的金属分子的电子空缺进行补充，金属分子在原地不动发射出电子后，就可以得到新的电子的空缺结构，就这样发射补充，再发射再补充，形成热电流，热量保护了发射电子的材料，这样就不会对发射极的材料发生腐蚀作用。
如果让热量和热电流都向同一方向进行运动时，实验证明，也可以产生热电流，因为热电子运动速度很快，热量运动速度很慢，所以，热电子运动所带的电磁场也和热粒子发生摩擦切割磁力线，在碰撞和切割磁力线的作用下，热粒子也被转化为电子，新产生的电子在形成的时候位于接受电子的金属极，由于热量和发射出来的电子共同方向作用，新产生的电子无法向发射电子的金属极运动和靠拢。发射电子的金属极在一直没有新的电子在发射电子后补充空缺的情况下，就会造成金属被破坏，热电转换材料也被破坏，热电效应也就逐渐消失。
如图27所示，热量从发射电子的发射极的金属材料处开始加热，热粒子和热电子都是从发射极通过热电转换材料向加热极运动。由于热粒子运动速度慢，热电子运动速度快，热粒子通过快慢差的碰撞切割磁场转换成热电子，热电子完全形成的时候，不在发射电子的发射极金属一侧，而是在接受电子的金属一侧。由于热电子和热粒子电磁场的联合作用下，新转换成的电子根本不可能以接受电子的金属极返回去给发射电子的金属极的电子空缺进行补充电子。金属在一直发射电子却没有补充的情况下，会对金属产生破坏作用，对热电转换材料也产生破坏。
附表1中的实验数据证明，通过将热电池加热到不同温度进行测量，就可以得到不同体积、不同面积在不同温度下所产生的对应的电流强度值。热电池内部的温度不能无限制的增加，更不能用火烧。由于热电池的结构不同，材料不同，对温度的要求不同。
| 表1热转换电池部分试验数据 | ||||
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例4 | 实施例3 | |
| 温度 | 电流强度mA | 电流强度mA | 电流强度mA | 电流强度mA |
| 10 | 0.012 | 0.108 | 13.27 | 0.534 |
| 12 | 0.023 | 0.117 | 13.40 | 0.558 |
| 14 | 0.036 | 0.124 | 0.728 | |
| 16 | 0.046 | 0.139 | 0.823 | |
| 18 | 0.055 | 0.152 | 0.970 | |
| 20 | 0.068 | 0.169 | 14.07 | 1.026 |
| 22 | 0.079 | 0.194 | 14.46 | 1.163 |
| 24 | 0.093 | 0.214 | 14.90 | 1.293 |
| 26 | 0.113 | 0.246 | 15.45 | 1.434 |
| 28 | 0.134 | 0.270 | 16.20 | 1.602 |
| 30 | 0.155 | 0.307 | 17.10 | 2.750 |
| 32 | 0.204 | 0.370 | 18.00 | 3.050 |
| 34 | 0.246 | 0.456 | 19.00 | 4.021 |
| 36 | 0.286 | 0.467 | 27.60 | 4.810 |
| 38 | 0.320 | 0.561 | 29.50 | 6.040 |
| 40 | 0.368 | 0.730 | 30.60 | 7.530 |
| 42 | 0.432 | 0.840 | 7.860 | |
| 44 | 0.500 | 0.944 | 8.300 | |
| 46 | 1.133 | 9.070 | ||
| 48 | 1.445 | |||
| 50 | 2.400 | |||
| 52 | 3.820 | |||
本发明所述的热电转换电池可以把各种热能转化为电能。其敏感性好，空气中的温度变化都可以使热电池产生电流变化，是一种普通热量的收集转化器，60～100℃以内的加热就可以得到很好的热电转换效果，而且可以长期反复使用。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图
图2为图1的俯视图
图3为图1的剖视图
图4为本发明实施例2的结构示意图
图5为图4的俯视图
图6为图4的剖视图
图7为本发明实施例3的结构示意图
图8为图7的俯视图
图9为图7的剖视图
图10为本发明实施例4的结构示意图
图11为图10的俯视图
图12为图10的剖视图
图13为实施例4所述结构中内筒的结构示意图
图14为本发明实施例5的结构示意图
图15为图14的俯视图
图16为图14的剖视图
图17为本实施例复式结构示意图
图18为本实施例复式结构剖示示意图
图19本发明实施例6的结构示意图
图20为图19的俯视图
图21为图19的剖视图
图22为小单体热电转换电池的组装结构示意图
图23为本发明实施例7的结构示意图
图24为图23的俯视图
图25为图23的剖视图
图26为热粒子和电子相对运行的示意图
图27为热粒子和电子向相同方向运行的示意图
图中：1-发射极，2-加热极，3-热电转换材料，4-封口盖，5-加料管，6-连接头，7-加料器，8-绝缘管，9-热电子，10-热粒子，11-电磁场，12-正在形成的新电子，13-已形成的新电子，14-金属分子
具体实施方式
结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明，实施例是用来说明本发明的，而不是对其作任何限制。
热电转换电池，包括接受电子的加热极2、电子的发射极1以及二者之间设置的热电转换材料3，发射极1、加热极2为金属材料，金属材料的选择选用现有热电转换技术用金属材料既可。例如发射极1选金属铁，加热极2选金属铜。热电转换材料3为黄铁矿制成，所述的热电转换材料3的加工过程如下：将黄铁矿粉碎至80～100目，用水浸泡20天左右，然后自然晾干，晾干后的粉末用绝缘漆浸泡20天左右，然后涂设在加热极2和发射极1之间，自然晾干。所述的加热极2可为金属线、金属管、金属筒、金属板，发射极1可为金属线、金属管、金属筒、金属板。
实施例1：如图1、2、3所示，用一根金属线作为发射极1，发射极1外加热电转换材料3，然后用另一根金属线缠绕在热电转换材料3表面构成加热极2，在加热极2和发射极1上用连接线6接出接头，就组成了单式线式热电池，其是从外向内加热的结构，适合各种普通的热电转换。
其制作过程为：发射极1为铁线、加热极2为铜线，热电转换材料3由黄铁矿制成，所述的热电转换材料的加工过程如下：将黄铁矿粉碎至80～100目，用水浸泡20天左右，然后自然晾干，晾干后的粉末用绝缘漆浸泡20天左右，然后涂设在加热极和发射极之间。
实施例2：如图4、5、6所示，用一根金属管作为一个发射极1，发射极1外加热电转换材料3，然后用金属线缠绕在热电转换材料3表面构成加热极2，在加热极2和发射极1上用连接线6接出接头，就组成了单式管线式热电池，本实施例较之实施例1加强了散热，并促进热量单向流动，对热电转换具有一定的提高作用，也是从外向里加热的方式，适合各种普通的热电转换。热电转换材料的加工过程同实施例1。
实施例3：如图7、8、9所示，用一根金属管作为加热极2，加热极2外加热电转换材料3，然后在热电转换材料3表面外套另一根金属管形成发射极1，就组成单式管式热电池。其是从内向外的加热方式，可用热水进行加热。热电转换材料3两端设封口盖4，封口盖4上设置加料管5，加料管5一端与热电转换材料3连通，另一端连接加料器7。在加热极2和发射极1上用连接线6接出接头。热电转换材料的加工过程同实施例1。
一个单式管式热电池外可套若干个单式管式热电池，组成复式管式热电池。复式管式热电池最内的加热极以及最外的发射极上用连接线接出接头。复式管式热电池可将热量进行充分转换，比较适合于热电厂的热电转换。
实施例4：如图10、11、12、13所示，用一根一端封闭的金属管作为加热极2，加热极2外缠绕金属线然后再加热电转换材料3，然后在热电转换材料3外套另一根一端封闭的金属管形成发射极1，就组成了单式筒式热电池。热电转换材料3上端设封口盖4，封口盖4上设置加料管5，加料管5一端与热电转换材料3连通，另一端连接加料器7。其也可组成复式结构的，本实施例的热电转换效果非常好，可适合各种热量的转换使用。热电转换材料的加工过程同实施例1。
实施例5：如图14、15、16、17、18所示，两个金属板之间设热电转换材料3，一个金属板为加热极2，另一个金属板为发射极1，热电转换材料外周设封口盖，封口盖4上设置加料管5，加料管5一端与热电转换材料3连通，另一端连接加料器7，就构成了单式片式热电池，可从上而下加热。热电转换材料的加工过程同实施例1。也可将单式片式热电池组合为复式结构。
实施例6：如图19、20、21、22所示，一个缠绕在绝缘管上的金属线作为发射极1，金属线外加热电转换材料3，热电转换材料外再缠绕金属线作为加热极2，构成一个小单体热电转换电池。热电转换材料的加工过程同实施例1。用连接线将若干个小单体热电转换电池连接起来，组成高电压热电转换电池。
实施例7：折叠金属筒作为发射极1，其外套金属筒作为加热极2，发射极1和加热极2之间设热电转换材料3，热电转换材料上端设封口盖，封口盖4上设置加料管5，加料管5一端与热电转换材料3连通，另一端连接加料器7，就构成了热电效应蓄电池。热电转换材料的加工过程同实施例1。其加热方式是从外到内的。本实施例比单一的热电效应电池成本高，也可适用各种热量的转换。
Claims (7)
1、一种热电转换电池，其特征在于包括接受电子的加热极(2)、电子的发射极(1)以及二者之间设置的热电转换材料(3)，发射极(1)、加热极(2)为金属材料，热电转换材料(3)为黄铁矿制成，所述的热电转换材料(3)的加工过程如下：将黄铁矿粉碎至80～100目，用水浸泡20天左右，然后自然晾干，晾干后的粉末用绝缘漆浸泡20天左右，然后涂设在加热极(2)和发射极(1)之间，自然晾干。
2、根据权利要求1所述的热电转换电池，其特征在于所述的加热极(2)为金属线、金属管、金属筒、金属板，发射极(1)为金属线、金属管、金属筒、金属板。
3、根据权利要求1所述的热电转换电池，其特征在于所述的热电转换材料(3)的外露端设封口盖(4)，封口盖(4)上设置两个加料管(5)，加料管(5)一端与热电转换材料(3)连通，另一端连接加料器(7)。
4、根据权利要求1或2或3所述的热电转换电池，其特征在于所述的发射极(1)上设面积扩大装置。
5、根据权利要求4所述的热电转换电池，其特征在于所述的面积扩大装置为缠绕在发射极上与发射极同种材质的金属线。
6、根据权利要求4所述的热电转换电池，其特征在于所述的面积扩大装置为发射极上的凹凸面。
7、根据权利要求4所述的热电转换电池，其特征在于所述的面积扩大装置为发射极上的折叠接触面。
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