CN2391391Y

CN2391391Y - 热电转换装置

Info

Publication number: CN2391391Y
Application number: CN99215907U
Authority: CN
Inventors: 刘宏德
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-07-29
Filing date: 1999-07-29
Publication date: 2000-08-09
Anticipated expiration: 2009-07-29

Abstract

本实用新型公开了一种热电转换装置,适用于节能和开辟新能源。该装置是采用热电偶的工作原理制造成热能元件,再根据使用热源(或环境)温度的不同将热能元件进行组合,实施输出电势、功率和热能元件安装场所的温度控制。对于冶金、化工、机械和能源等工业领域,以及汽车、锅炉(灶)、冷冻(藏)库、中央空调等等的节能课题;进行自然环境中的热能采集,转换成电力,从而开辟新能源的课题;以及研制无能源消耗的制冷设备等课题,采用热电转换装置都可解决。

Description

热电转换装置

本实用新型涉及一种热电装置，特别是一种热电转换装置。适用于冶金、化工、机械和能源等工业领域，以及汽车、锅炉(灶)、中央空调、冷冻(藏)库等等的节能；适用于自然环境中的热能采集，从而开辟新的能源；适用于制造无能源消耗的制冷设备等。

现代工业领域和人们的日常生活中，时时刻刻都在消耗掉巨大的能源资源，而能源以热的形式浪费现象十分普遍，这是造成能源(如：石油、煤炭)的利用率不高的主要原因，因此产生了节能的课题。

汽车以燃烧汽油、柴油为主；锅炉(灶)以燃烧煤炭、液化石油气为主；空调器、冰箱以消耗电力工作；它们既消耗宝贵的石油、煤炭资源，也带来日益严重的环境污染。如：汽车发动机由水冷却器带走的热量和排放尾气散失的热量；锅炉(灶)的四周和烟窗散失的热量；中央空调器、冷冻(藏)库的散热器散失的热量等，也产生了节能的问题。

上述种种热能，由于没有加以采集而得不到利用，长期以来浪费了宝贵而又巨大的能源资源。

现有空调器、冰箱等制冷设备要消耗大量的电力，特别是家庭空调器和冰箱的普及，对电力的需求日益增大，需要国家投入大量的资金，建设更多的发电厂，以消耗更多的能源资源(如：石油、煤炭等)来满足人们物质生活的需要。

本实用新型的任务，是要提供一种热电转换装置。它能够进行热电转换，达到采集热能、节约能源、无能源消耗制冷和开辟新能源的目的。

热能是一种能源存在形式，是能够通过收集的方法而加以利用的能源资源。电能是传输、分配和使用过程中最方便、最清洁的能源，是现代社会中不可缺少的主要能源之一。将热能转换成电能的方法早已被人们所发现，即：当两种不同的金属或者合金通过烧结或者缠绕在一起形成结点后，结点上受热就会产生(热)电(动)势。这是因为结点吸收热能，在结点的结合面形成电子聚集，并且产生电位差，如果用导线将结点两端短接，就会产生电(子)流，这样就形成了热电转换过程。一般情况下，热电转换的电势与温度成正比。温度越高，结点的结合面产生的电势越高。热电偶就是一种这样的元件，它产生电势的大小与温度的高低有较好的线性关系。利用这种电势与温度的线性关系，将热电偶安装在需要测量(和控制)温度的地方，用导线将电势引出，接入“温度测量控制仪”或“温度指示调节仪”，被测点的温度就能显示出来。仪器内部还能通过给定值与实测值进行比较，输出温度控制信号。因此，热电偶被广泛用于科研、工矿和电力等行业的温度测量与控制领域。附表1是我国《国家标准型热电偶的电势与温度关系表》。

本实用新型的任务是以如下方式完成的：将现有热电偶在结构和制造工艺上加以改造，然后将热电偶串联形成直线组合、或者串并联形成方阵组合，从而制造成为具有较大的吸热能力和吸热面积、产生较高的电势和较大的热电转换功率、以及具有较好的机械强度的热能元件。再根据热源位置的具体情况和热源温度值，对热能元件进行串并联组合，实施输出电势和输出功率的控制，使热电转换装置符合实际使用要求。

以下将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述：

图1，是热电偶原理所形成的热能元件示意图；

图2，是热能元件等效电路图；

图3，是热能元件的温度与电势关系曲线；

图4，是热能元件收集热能直接利用和给蓄电池充电的电气原理方框图；

参照图1，甲合金(4)和乙金属(2)通过烧结形成热电偶(3)，再由中性金属(5)将热电偶(3)串联起来，在热电偶(3)与不锈钢外壳(6)之间用绝缘材料(7)绝缘，引出导线(8)由瓷套(9)支撑，组成一个完整的热能元件(1)。甲金属(4)和乙金属(2)所形成的热电偶(3)的结合面积比测量温度用的热电偶的结合面积大。

中性金属(5)在热能元件(1)中只起连接导线的作用，它与甲合金(4)、乙合金(2)所形成的结合面不产生电势，或者只产生极其微小的电势。绝缘材料(7)和瓷套(9)使热电偶(3)及其引出导线(8)和不锈钢外壳(6)隔绝电气联系。不锈钢外壳(6)使热能元件(1)形成较好的整体、较高的机械强度，并且保护热电偶(3)不受热源介质或自然环境中风雨的侵蚀。

以镍铬—康铜(如附表1中的E型)热电偶为例：甲合金(4)是正极(+)，成分为：含镍90％、铬10％；乙合金(2)是负极(-)，成分为：含铜57％、镍43％。从附表1中可以查出：当热源温度为20℃时，E型热电偶(3)上产生1.192mV的电势；当热源温度为100℃时，E型热电偶(3)上产生6.317mV的电势。如果1,000个E型热电偶(3)由中性金属(5)串联组成一个热能元件(1)，在热源温度为20℃时，它就能产生1.192V的电势；当热源温度为100℃时，它就能产生6.317V的电势。

参照图2，热能元件中等效于电源(E1)(E2)(E3)......(En)的串联，它的端电势(E)为：

E＝E1+E2+E3+...+En(V) 1-1

参照图3，热能元件两端的电势(E)和温度(T)的关系接近直线。由两种不同的合金材料结合形成1,000个热电偶串联的热能元件(T)、(E)、(J)，在温度(T)等于0℃时，它们的电势(E)都为0V。随着温度(T)升高，热能元件(T)、(E)、(J)的电势也升高，并且合金材料不同，所产生的电势(E)有高低之分。

仍然以镍铬—康铜(E型热电偶)热能元件(E)为例：从曲线(E)上可以查得，在20℃温度下，热能元件(E)能产生1.192V的电势；当热源温度为100℃时，热能元件(E)能产生6.317V的电势。此时将电能消耗(如：通过用电器使用或者向蓄电池充电)致使热能元件(E)两端的电势(E)下降，热能元件(E)上的温度(T)势必下降。热源温度(T)高于热能元件(E)的温度(T)，就形成了温度差，热能元件(E)就不断吸收热能，完成热电转换过程。

参照图4，热能元件1 E1、1E2......1En，2E1、2E2......2Eh，nE1、nE2......hEn通过(多路串联、并联开关)使若干个热能元件形成一个面积和体积足够大，可以安装在封闭的、有热能采集的空间；也可以安装在自然环境中(昼夜不停地)采集热能；还可以安装在需要空调器或者制冷的场所，吸收热能，降低温度。

(热电装置集控器)采集(热源温度)值和(电力分配器)的(电压)值及(功率)值，对热能元件所能采集到的热能和(电力分配器)的输出功率进行能量平衡比较、计算，得出(电压控制)和(功率控制)结果，通过(多路串联、并联开关)对热能元件的组合进行控制。热能元件输出的电力由(电力分配器)送给(用电器)使用、或者给(蓄电池)充电，完成热电转换过程的电力控制以及制冷时的温度控制。

这种热电转换装置结构简单、造价低廉、安装容易、检修维护工作量很小。当热能元件组合到很大规模时，采集热能的能力也很大，从而形成热能发电厂、昼夜不停地采集环境温度中蕴藏的热能，转换成为电力，实现开辟新能源的目标。

Claims

1、一种热电转换装置，由甲合金(4)和乙合金(2)通过烧结形成热电偶(3)，再由中性金属(5)将热电偶(3)串联形成直线组合、或者串并联形成方阵组合，绝缘材料(7)和瓷套(9)使热电偶(3)及其引出导线(8)和不锈钢外壳(6)之间隔绝电气联系，它们组成了具有较大的吸热能力和吸热面积、产生较高的输出电势和输出功率、以及具有较高的机械强度的热能元件(1)。

2、按照权利要求1规定的热电转换装置，其特征是热能元件(1)可以由若干个组合起来形成面积和体积足够大，可以安装在封闭的、有热能采集的空间，或者安装在开放的自然环境中采集热能进行热电转换，输出电力。

3、按照权利要求1和2规定的热电转换装置，其特征是(热电装置集控器)采集(热源温度)值和(电力分配器)的(电压)值及(功率)值，对热能元件(1)所能采集到的热能和(电力分配器)的输出功率进行比较、计算，得出(电压控制)和(功率控制)结果，通过(多路串联、并联开关)对热能元件(1)的组合实施控制，使之达到最佳热电转换效率。

4、按照权利要求3规定的热电转换装置，其特征是热电转换过程中的电力控制，即：对热能元件(1)的串并联组合控制，除了获取电力以外，还能达到在热能元件(1)的安装场所吸收热能、降低温度的目的。