本发明专利技术提供了一种温差电池、热交换器、卡诺循环三个技术融合的装置。本发明专利技术涉及温差电池，热交换器，热泵。温差电池与热交换器结合组成一种既热交换又发电的装置。特别是管束式热交换器的管束替换成温差材料然后组成温差电池。这样的既热交换又发电的装置效率远远大于传统的温差电池。这样的既热交换又发电的装置加入卡诺循环，也就是利用卡诺循环制造温差，利用既热交换又发电的装置发电，可以将单一的热能转化为电能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及温差电池，热交换器，热泵。温差电池与热交换器结合组成一种既热交换又发电的装置。特别是管束式热交换器的管束替换成温差材料然后组成温差电池。这样的既热交换又发电的装置效率远远大于传统的温差电池。这样的既热交换又发电的装置加入卡诺循环，也就是利用卡诺循环制造温差，利用既热交换又发电的装置发电，可以将单一的热能转化为电能。
技术介绍
卡诺循环是由四个循环过程组成，两个绝热过程和两个等温过程。它是1824年N.L.S.卡诺（见卡诺父子）在对热机的最大可能效率问题作理论研究时提出的。卡诺假设工作物质只与两个恒温热源交换热量，没有散热、漏气、磨擦等损耗。为使过程是准静态过程，工作物质从高温热源吸热应是无温度差的等温膨胀过程，同样，向低温热源放热应是等温压缩过程。因限制只与两热源交换热量，脱离热源后只能是绝热过程。作卡诺循环的热机叫做卡诺热机。卡诺进一步证明了下述卡诺定理：①在相同的高温热源和相同的低温热源之间工作的一切可逆热机的效率都相等 ，与工作物质无关，其中T1、T2分别是高温和低温热源的绝对温度。②在相同的高温热源和相同的低温热源之间工作的一切不可逆热机的效率不可能大于可逆卡诺热机的效率。可逆和不可逆热机分别经历可逆和不可逆的循环过程。诺循环效率=1- T2/ T1：卡诺热泵效率=T1/(T1-T2)热泵技术：节能效比是要看天气的，即环境温湿度条件不同，其能效比不一样。像室外25℃这样的条件下，能效比在（ 3.5~4 ）左右；室外13℃时，能效比约（2.8-3.3）。1821年，赛贝克发现，把两种不同的金属导体接成闭合电路时，如果把它的两个接点分别置于温度不同的两个环境中，则电路中就会有电流产生。这一现象称为塞贝克(Seebeck)效应，这样的电路叫做温差电偶，这种情况下产生电流的电动势叫做 温差电动势。例如，铁与铜的冷接头为1℃，热接头处为100℃，则有5.2mV的温差电动势产生。用半导体制成的温差电池赛贝克效应较强，热能转化为电能的效率也较高，因此，可将多个这样的电池组成温差电堆，作为小功率电源。它的工作原理是，将两种不同类型的 热电转换材料N型和P型半导体的一端结合并将其置于高温状态，另一端开路并给以低温时，由于高温端的热激发作用较强， 空穴和电子浓度也比低温端高，在这种 载流子 浓度梯度的驱动下，空穴和电子向低温端扩散，从而在低温开路端形成 电势差;如果将许多对P型和N型热电转换材料连接起来组成模块，就可得到足够高的电压,形成一个温差发电机。
技术实现思路
本专利技术的目的就是提供一种重新定义热交换温差电池效率及其利用装置及方法。本专利技术的设计理论为：1、塞贝克（Seeback）效应，又称作第一热电效应，它是指由于温差而产生的热电现象。在两种金属A和B组成的回路中，如果使两个接触点的温度不同，则在回路中将出现电流，称为热电流。塞贝克效应的实质在于两种金属接触时会产生接触电势差，该电势差取决于金属的电子逸出功和有效电子密度这两个基本因素。半导体的温差电动势较大，可用作温差发电器。半导体可用作温差发电器的原理中：由于不同的金属材料所具有的自由电子密度不同，当两种不同的金属导体接触时，在接触面上就会发生电子扩散。电子的 扩散速率与两导体的 电子密度有关并和接触区的温度成正比。设导体A和B的自由电子密度为NA和NB，且有NA>NB，电子扩散的结果使导体A失去电子而带正电，导体B则因获得电子而带负电，在接触面形成电场。这个电场阻碍了电子继续扩散，达到 动态平衡时，在 接触区形成一个稳定的电位差，即 接触电势。2、热电制冷：热电制冷又称作 温差电制冷，或半导体制冷，它是利用热电效应（帕尔帖效应）的一种制冷方法。3、热电效应：1834年法国物理学家帕尔帖在铜丝的两头各接一根铋丝，在将两根铋丝分别接到直流电源的正负极上，通电后，发现一个接头变热，另一个接头变冷。这说明两种不同材料组成的电回路在有直流电通过时，两个接头处分别发生了吸放热现象。这就是热电制冷的依据。半导体材料具有较高的热电势已经成功地用来做成小型热电制冷器。热电制冷的理论基础是固体的热电效应，在无外磁场存在时，它包括五个效应，导热、焦耳热损失、西伯克(Seebeck)效应、帕尔帖(Peltire)效应和汤姆逊(Thomson)效应。利用半导体之热电效应，可制造一个无冷媒的冰箱。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卡诺效率(Carnot efficiency)的限制.早在1822年西伯即已发现，因而热电效应又叫西伯效应(Seebeck effect)。4、汤姆逊效应1856年，汤姆逊利用他所创立的热力学原理对塞贝克效应和帕尔帖效应进行了全面分析，并将本来互不相干的塞贝克系数和帕尔帖系数之间建立了联系。汤姆逊认为，在 绝对零度时，帕尔帖系数与塞贝克系数之间存在简单的倍数关系。在此基础上，他又从理论上预言了一种新的温差电效应，即当 电流在温度不均匀的导体中流过时，导体除产生不可逆的 焦耳热之外，还要吸收或放出一定的 热量（称为汤姆孙热）。或者反过来，当一根金属棒的两端温度不同时，金属棒两端会形成电势差。这一现象后叫汤姆孙效应（Thomson effect），成为继塞贝克效应和帕尔帖效应之后的第三个热电效应（thermoelectric effect）。汤姆逊效应是导体两端有温差时产生电势的现象，帕尔帖效应是带电导体的两端产生温差（其中的一端产生热量，另一端吸收热量）的现象，两者结合起来就构成了塞贝克效应。依据上述热电效应的理论，目前，温差发电效率的定义是外电路中得到的有用电能I2R与热源所消耗的能量之比。热源消耗的能量包括以下几项：① 在热端吸收的珀尔帖热Q1 Q1＝α2T1(T1-T0)/(R+r)。② 由热端传导到冷端的热量Qm Qm＝K(T1-T0) 式中K为热导 K＝(λ1s1+λ2s2)/l 式中λ1、λ2分别为两臂的热导率。③ 温差电池内部，电流I流过所放出的焦耳热中，有一半将转移到热端，因而把功率还给热源。在最大输出功率条件下，即R＝r时，温差电池的效率为式中称为温差材料的品质因数。如果选 则得最大效率为 因此，温差发电机的效率主要取决于热端和冷端的温度和温差发电材料的品质因数Z，Z值还强烈地依赖于温度，因而对于不同的工作温度需要选取不同的材料。在温差发电机中，在较大温差下，为了使温差电池臂的所有部分都具有较高品质因数，可采取“分段”的办法,处于不同温度的电偶臂的各段,采用不同材料或不同成分。两段电偶臂采用不同材料。这种结构当上端温度为550、温差为530时，效率可达12％。成分分段改变的温差电池，当热端温度为1000K,冷端温度为300K时效率可达12％～15％。作为热交换器，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。是用来使热量从热流体传递到冷流体，以满足规定的工艺要求的装置，是对流传热及热传导的一种工业应用如图1所示。换热器可以按不同的方式分类。按其操作过程可分为间壁式、混合式、蓄热式（或称回热式）三大类。按其表面的紧凑程度可分为紧凑式和非紧凑式两类。热交换器的理论效率可以达到100%。假设有潜热均匀分布的物质，有100千克温度为100摄氏度的物质命名为A，有100千克本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种热交换温差电池，其特征在于：其外壳的上、下部分别横向设置有上管板、下管板，所述上管板、下管板分别在对应处开有孔，在相应的孔内插入由温差材料A制成的A管和温差材料B制成的B管，使得从上部进入壳体的热流从由温差材料A制成的A管和温差材料B制成的B管管内流过，从壳体的下部流出，上管板、下管板在壳体内隔出的空间为冷流流通通道，构成热流从温差材料A制成的A管和温差材料B制成的B管管内流过，冷流从温差材料A制成的A管和温差材料B制成的B管管外流过的结构；温差材料A制成的A管冷端通过第一温差接头与温差材料B制成的B管的冷端相电气连接，温差材料B做成的B管的热端通过上温差接头与温差材料A做成的A管的热端相电气连接，温差材料A做成的A管的冷端通过第二温差接头与温差材料B做成的B管的冷端相电气连接。
【技术特征摘要】
2015.12.08 CN 20151089056941.一种热交换温差电池，其特征在于：其外壳的上、下部分别横向设置有上管板、下管板，所述上管板、下管板分别在对应处开有孔，在相应的孔内插入由温差材料A制成的A管和温差材料B制成的B管，使得从上部进入壳体的热流从由温差材料A制成的A管和温差材料B制成的B管管内流过，从壳体的下部流出，上管板、下管板在壳体内隔出的空间为冷流流通通道，构成热流从温差材料A制成的A管和温差材料B制成的B管管内流过，冷流从温差材料A制成的A管和温差材料B制成的B管管外流过的结构；温差材料A制成的A管冷端通过第一温差接头与温差材料B制成的B管的冷端相电气连接，温差材料B做成的B管的热端通过上温差接头与温差材料A做成的A管的热端相电气连接，温差材料A做成的A管的冷端通过第二温差接头与温差材料B做成的B管的冷端相电气连接。2.一种热交换电池其特征在于：将热交换器中冷流冷却和热流加热的导热材料替换成温差材料然后温差材料组成温差电池。3.一种热交换电池其特征在于：将热交换器中冷流冷却和热流加热的导热材料替换成温差材料然后温差材料组成温差电池：温差材料可由多层材料如一层是温差材料另外一层是陶瓷或其它材料，由温差材料构成温差电池，或者是一层是温差材料中间层是陶瓷或其它材料另外一层是温差材料。4.一种热交换电池其特征在于：将间壁式热交换器的间壁替换成温差材料然后组成温差电池。5.一种热交换电池其特征在于：将管束式热交换器的管束替换成温差材料然后组成温差电池。6.一种热交换电池其特征在于：温差材料的传导热在一端传导到另外一端之前用流体把传导的热能吸收。7.一种热交换电池其特征在于：温差接头11，是在冷端较远电气连接温差材料A做成的管7与温差材料B做成的管8，接头材料可以是温差材料A，温差材料B或者导体...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭富强，
申请(专利权)人：郭富强，
类型：发明
国别省市：广西;45
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