本发明专利技术涉及一种低温固态式热电能源转换器及其应用，主要系提供以低温工作之电能转换器应用方式，其系利用人为或自然环境所产生废热，使特定晶格结构的材料因温度变化，晶格沿极化轴方向产生应变，导致晶格内构成共价键离子的正电荷中心与负电荷中心异向位移，造成电位差而发生电流，系完全处于热源的环境之下持续将热能转换为电能，提供广泛应用于产生废热能之器材或设备中，能将废热能转换为电能，达能源再生及辅助能源的目标，此外，亦可扩大规模与范围，取代传统的机→电发电设备，如火力发电、汽电共生、地热、太阳能等场合辅助发电应用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种低温固态式热电能源转换器及其应用，主要系提供一种可完全处于热温环境中，即产生电流之固态式陶瓷状热电能量转换应用，由于无需制冷端之设计，而可使整体浸入热温中，利于广泛应用在任何具有热源之场合，包括低温域及高温域。
技术介绍
有关废热产品之机具，如计算机的CPU或CHIP SET芯片组的热量，为积热发生热量，必须以强制方式冷却，而利用了风扇，由主机电源取得电力作热温带放以冷却CPU，新进更有以制冷芯片的冷却方式，唯其功率需求极大，耗费电能，难被广泛利用，最近更有制冷式热电装置取得电能设计如台湾第90129981号之「高效率热电冷却器之冷却点设计」，以及第89127635号之「由热电材料的薄板制造复数个元件芯片的方法」等所指的热电元件，皆需有热沉之制冷端结构存在，其工作情况基本上同有再次废热的生成，或需以额外能源施以外力冷却，也就是其工作条件基础为需有冷及热二种基本工作模式。随着CPU运算的速度越来越高，相对其产生的热量也越可观，以INTEL P4的CPU为例，其1GHz之其发热量可达50W以上，而更高频的2～3GHz的CPU发热量更在80W以上，即使同样的问题亦在通信与光电业产生，随着电子通讯业的发达及繁多的使用者，其强制冷却的功率新进有明显增大的需求趋势，相对由该需求而可反向了解到所需的电力来源需求大幅增加，以及所排除的废热累计相当可观。因此若能以封闭回路的CLOSE LOOP方式应用在上述之电子器材，得无须外来电力提供冷却辅助，也就是能利用该电子系统所发生的废热，直接转换为电能，产生所需电力来推动散热风扇，达成自我冷却的效果，为目前之相关器材应用全新开拓的领域。根据台湾资策会于2002年9月的统计数字指出，2002年全球桌上型计算机市场规模以达到105,655千台，而笔记型计算机则有30,003千台，若以每台计算机所需散热风扇耗能需求在3.5W来推算，全球则在该散热的能源全球总消耗为4.76亿瓦的电力，相当一座50万KW级的电厂，若能充分有效的在该前述的电子器材形成封闭式的能源回收利用，无须外来能源，对世界地球整体环境以能源节约有着莫大的助益。
技术实现思路
有关本专利技术的原理，系利用陶瓷材料持续吸收周围环境的热能所致温度增加，产生相变，同时晶格沿极化轴方向产生应变，正电荷中心与负电荷中心发生异向位移，造成电位差而持续产生电流，本质上无需刻意营造热源，工作过程无任何污染或噪音，为目前环保及能源应用最前卫实施样态。本发电元件，基本上系以热传导系数共价键结离子为主的陶瓷材料，并利用相异价电子数离子产生的空缺来控制导电性，达到不同的能量转换效益。本专利技术之低温固态式热电能源转换器，该转换器包含至少一具具有焦电性之热应变电子陶瓷之发电元件，经由受热后，让发电元件元素晶格沿极化轴方向产生应变，导致晶格内构成共价键离子的正电荷中心与负电荷中心异向位移，而产生电位差发生电流，所发生电流经由发电元件正负二面介电涂层汲引导出，形成热电效应，以支持产生废热转化电能过程。本专利技术之低温固态式热电能源转换器之应用，尤指提供受热发电之装置，主要系由一能源端供给负载端作为动能依据，一热电效应发电元件，从负载端取得废电后形成热电效应发生电流，经由一转换电路输出可利用电能。本专利技术之低温固态式热电能源转换器之应用，尤指提供资讯处理器作为自我能源供给之散热装置，主要包括一热电效应之发电元件，一散热抽风机，其中该发电元件系由处理器取得电源，经热电效应发生电流，提供驱动散热装置，形成封闭电性回路之自我供电机制，达成散热辅助。附图说明图1为本专利技术基础运用例。图1之1图为系统基础应用图。图2及3为晶格变化产生电位差之晶格结构模型图。图4系为本专利技术之单侧受温运用基本示意图。图5系为本专利技术实施应用例。图6系为本专利技术以热浸方式实施基础示意图。图6之1图为本专利技术之野外应用图示。图6之2图为本专利技术之浸热工作实施例。图7、8、9、10为本专利技术例举性实施示意图。图7之1图为本专利技术之汽车车体热回收示意图。图9之1图为本专利技术之汽电共生应用示意图。图示元件符号说明1-发电元件10-转换电路 11-导电涂层12-能源 121-油气 122-电源13-负载端 14-废热交换元2-热源20-加热器 21-阻热围体 22-热触媒3-固定座 31-热导管33-散热鳍板34-风箱 35-抽风机4-流体散热器41-信道 42-气热排放装置 5-炽热灯体51-反光罩 6-热流管体 61-热工作间7-反射碟 71-光源感知器72-方位调整器具体实施方式其基础应用请参阅图1所示，其主要系由一块状之发电元件1，正负两面经由导电涂层11汲引出DC电流，该发电元件1可经对流、传导与辐射作用直接吸收一切环境中之热源，产生一定之热电转换效益。工作基本原理为利用陶瓷的焦电特性(PYROELECTRICITY)作为热能与电能直接转换的基础，其关系如下；Epyro＝α.ΔT/k.ε0Epyro焦电特性所产生之的电场，Volt/m。α焦电系数，COULOMB/℃.m2。k材料介电常数。ΔT热源所致的材料温度变化。ε0真空电容率，m-1。以此关系式可确认出具焦电特性的陶瓷材料，其能量转换率可大于6％，已具有工业应用价值，除外随着材料性能改善，往后其利用值可再提高。请再参阅图1-1，有关本专利技术应用实施基础，系负载端13，如马达或CPU、或汽油引擎等，由能源12取得动力依据后，经工作效率损耗所发生废热，得藉由废热交换元14(如散热器)等所集结或导引之后，将废热传达给发电元件1，使之汲取热能，经由应变工作转换电能输出，输出端利用直流转换电路10转换出稳定应用电能，上述为本专利技术基础应用方式，依本式基础，得可推及任何有热能之场合使用，包括人为刻意安排之热源，如以油气121燃化热能之系统，则达成油电转换，产生特定发电目的。能源12若为电力源122，经负载端13工作损耗出之废热，如前述经由发电元件1转换出电流，经转换电路10处理后，则可直接回馈给电力源122，作能源直接回收，依其效益比，致少可得能源再生之辅助工作。图标负载端13依所采用之器材条件(如马达)必需将机体废热排出者，得利用废热交换元14配合，强制性将其废热带离，确保负载端13机体安全，因此废热交换元14之存在为必要。有关发电元件1之工作原理，系发电元件1接受温度之后，使晶格产生应变请参阅图2及图3所示，该图2所示系正电荷中心与负电荷中心在重叠的情况之下，无净电场产生；若材料因温度变化致晶格产生应变，使正电荷中心与负电荷中心分离，产生电位差而发生热电转换。该图2、3系以仿真的方式表示，该正电荷及负电荷其实为一群体状，图标上系将其群体之核心位置定义为正电荷中心或负电荷中心，如此可得到简略的说明。本专利技术除了具有基本的热电转换能力之外，更实作出具有极高的能量密度，接近4W/cm3并以极低的反应温度约在60℃即可达到全载输出的境界。依本专利技术之施作，如图4所示，系在热源2的散热面直接贴设发电元件1，使接受其持续温度而产生一电流。其电路之形式可应用入图5所示之热电驱动散热装置，特别可针对计算机中央处理器或变压器等废热利用为热电转换依据，经热电效应而发生电流，为简化说明，仅举如处理器之应用说明如下该散热装置系由一固定座3，里部本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种低温固态式热电能源转换器，其特征为：该转换器包含：至少一具具有焦电性之热应变电子陶瓷之发电元件，经由受热后，让发电元件元素晶格沿极化轴方向产生应变，导致晶格内构成共价键离子的正电荷中心与负电荷中心导向位移，而产生电位差发生电流，所发生电流经由发电元件正负二面介电涂层汲引导出，形成热电效应，以支持产生废热转化电能过程。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈文宾，郑乃荧，
申请(专利权)人：童秋月，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]
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