WO2015021633A1 - 一种热电效应手电筒 - Google Patents

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Abstract

一种利用人体热能提供电能的环保手电筒，其中，LED灯、金属导体、蓄电池和珀尔帖瓷片顺序连接。当使用者的手掌握住珀尔帖瓷片外侧使其受热时，中空金属管里的空气可以冷却珀尔帖瓷片内侧。珀尔帖瓷片内侧和外侧的温差使得珀尔帖瓷片中的电子随着温度梯度由高温区往低温区移动，产生电流。电能首先储存在蓄电池中，并经由金属导体向LED灯供应电能。该手电筒可以提供应急光源和减少污染。

Description

一种热电效应手电筒 技术领域
本发明涉及一种利用人体热能工作的环保手电筒。
背景技术
手电筒作为一种应急光源在生活和生产实践中具有较高的实用性。即使是简单设计的手电筒，也直到19世纪末期才被发明。发明初期的手电筒因为电能不足，只能提供短暂的照明。随着碱性电池的发明，手电筒有了比较稳定的电源供应。经历了钨丝灯泡、氪气灯泡、LED灯泡的变化，手电筒的亮度不断提升，发光稳定也性得到了改善，使其工业实用性得不断提高。
1820 年代初期，塞贝克通过实验方法研究了电流与热的关系。1821年，塞贝克将两种不同的金属导线连接在一起，构成一个电流回路。他将两条导线首尾相连形成一个结点，发现如果把其中的一个结加热到很高的温度而另一个结保持低温的话，电路周围存在磁场。热量施加于两种金属构成的一个结时会有电流产生，这只能用热磁电流或热磁现象来解释他的发现。在接下来的两年里时间（1822～1823），塞贝克将他的持续观察报告给普鲁士科学学会，把这一发现描述为“温差导致的金属磁化”，即后来被学界接受的热电效应。
利用物理学中的热电效应可以将人体热能转化为手电筒所需的电能。热电效应是指，受热物体中的电子随着温度梯度由高温区往低温区移动时，会产生电流或电荷堆积的一种现象。这种发电方法是将热能直接转变成电能，其转变效率受热力学第二定律即柯诺特效率的限制。
 技术问题
直到21世纪，碱性电池仍然是手电筒的主要能源供应。它不仅能源消耗较高，而且废弃的碱性电池处理不当容易引发水体污染、土壤污染等环境问题。同时，手电筒依赖于电池提供电能时，如果电池储备的电能耗尽，手电筒就不能发挥应急光源的作用，使得手电筒在应急情况下的使用价值很大程度上被削弱。
综合上述背景，目前的手电筒都需要外置电池提供电能或者对内置电池进行充电。一方面，在某些突发或紧急情况下，使用者可能没有外置电池或者不能对手电筒进行充电，此时手电筒将无法发挥其应急照明的作用。另一方面，外置电池包含大量重金属和其他有毒物质，随意丢弃对水体和土壤将造成严重污染。因此，研发一种利用清洁能源、可以随时随地提供电能的手电筒具有很强的应用意义。而根据热电效应，通过人体自身的热能，恰好可以解决手电筒电能的随时供应和环保问题。
技术解决方案
为了实现手电筒电能的随时随地供应，同时克服外置电池的污染问题，本发明提供了一种将人体热能转化为电能进行照明的手电筒。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：中空的金属管包裹着珀尔帖瓷片，珀尔帖瓷片与蓄 电池连接，蓄电池经由金属导体连接LED灯；当使用者的手掌握住珀尔帖瓷片外侧使其受热时，中空金属管里的空气可以冷却珀尔帖瓷片内侧，内侧和外侧的温差使得珀尔帖瓷片中的电子随着温度梯度由高温区往低温区移动，产生电流，电流首先储存在蓄电池中，并经由金属导体向LED灯供应电能；蓄电池作为内置电池，避免了经常性更换，降低了水体污染和土壤污染的可能性。从而达到随时随地提供应急光源和减少污染的目的。
 有益效果
与之前和现存的手电筒相比，该手电筒发电法的优点是不需要用外部能源对手电筒进行充电，也不需要更换外置电池，故可以随时随地、长久使用。但热电效应不但与温度有关，且与所用导体的性质有关，为了达到高效率需要温度很高的热源，如果利用数层热电物质之层叠也可以达到高效率的效果。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
附图为手电筒的剖面图。
图中（1）LED灯，（2）金属导体，（3）蓄电池，（4）中空的金属管，（5） 珀尔帖瓷片外侧， （6） 珀尔帖瓷片内侧。
 本发明的最佳实施方式
本发明主要是由以下部分构成的：中空的金属管（4）、珀尔帖瓷片、LED灯（1）、金属导体（2）和蓄电池（3）。其中，手电筒的顶端装有LED灯（1）；中空的金属管（4）外围包裹着珀尔帖瓷片，珀尔帖瓷片分为外侧（5）和内侧（6）；珀尔帖瓷片与蓄电池连接；蓄电池（3）经由金属导体（2）与手电筒顶端的LED灯（1）连接。
本发明是这样工作的：使用者的手掌握住手电筒的珀尔帖瓷片外侧（5），使得珀尔帖瓷片外侧受热。同时，中空金属管（4）里的空气可以冷却珀尔帖瓷片内侧（6）。当珀尔帖瓷片内外侧存在温差，在热电效应的作用下，珀尔帖瓷片将产生大约60毫瓦的电能。电能首先储存在蓄电池（3）中，再经由金属导体 （2） 流向手电筒顶端的LED灯（1）。点亮LED灯（1）消耗的电能大约只需0.5毫瓦，因此热电效应产生的电能足以使得LED灯长时间、不间断地发光。
当环境中的温度越低， 中空的金属管（4）里的空气温度也越低，而手电筒使用者手掌的温度一般是恒定的，所以 珀尔帖瓷片的内侧（6）和外侧（5）将产生较大的温度差，使得电能供应更加充足。

Claims (4)

  1. 一种手电筒，LED灯、金属导体、蓄电池和珀尔帖瓷片顺序连接。
  2. 根据权利要求１所述的一种手电筒，其特征是：珀尔帖瓷片包裹在中空的金属管外围。
  3. 根据权利要求１所述的一种手电筒，其特征是：珀尔帖瓷片区分内侧和外侧。
  4. 根据权利要求１所述的一种手电筒，其特征是：LED灯、金属导体、蓄电池处于封闭金属管中。
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