热电机制造技术

一种热电机主要包括内设热电偶的燃烧室、冷源装置、电流调节器、电子控制器、高压点火器。燃烧室内设置的热电偶连接成大规模热电转换网络的结构，网络的引出线经过冷源装置后与电流调节器电连接；电子控制器分别与电流调节器、输入控制信号采用信号连接、与高压点火器电连接，高压点火器与燃烧室电连接；本发明专利技术的热电机作为动力机械，既能达到高比能量、高比功率、高效率、低污染等性能指标，又不会产生振动和噪声等问题。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种热电机，尤其是指采用热电转换元件和机械电子控制系统，能将燃料燃烧产生的热能直接转换为电能，而且这个转换过程能够控制，最终通过电动机输出动力的机电装置。能源是文明之源。热能是有史以来，人类能最广泛使用的大规模的能源形式之一。目前对热能的利用方式有很多，热功转换主要是通过依据各种热力循环原理制造的热机，将燃料的化学能转换为机械能。内燃机是最典型的热机，由曲柄连杆机构、配气机构、点火系统、冷却系统等复杂的机械装置组成，通过进气、压缩、膨胀、排气四个冲程，将汽油(柴油)燃烧时产生的热能转换为机械能。内燃机发展了一百多年，作为车辆动力装置得到了广泛的应用，其技术性能不断地改进和提高。但是其固有的缺点，如热效率低(35％左右)、排气污染、结构复杂、工作时的振动和噪音等问题，至今无法得到根本性的解决。为此，现代开发的电动汽车，采用了化学电池或燃料电池作为主要能源。电池能将化学能转换为电能，车用高密度化学电池具有较高的“比功率”指标，主要缺点是价格昂贵寿命低，一次充电后的行驶里程与燃油内燃机汽车相比有一定的差距，即“比能量”指标低。燃料电池的理论效率可以达到80-90％，但是，由于工作时自身的温度在几百度甚至1000多度，部分热能的产生和损耗是不可避免的。同时，燃料电池结构复杂，存在各种电位与副反应，其实际的使用效率为55％左右。以燃料电池为动力的电动车的行驶里程取决于车载燃料的多少，只要有适量的燃料，电动车可以具有与燃油汽车相当的行驶里程，即燃料电池具有较高的“比能量”指标。但由于化学反应速度的限制，车辆在爬坡或超车需要高的放电率时，燃料电池难以满足要求，即“比功率”指标低。这些情况说明，在电池技术没有取得突破之前，电动车的使用将受到电池性能的制约。热电转换的方式主要有热能-机械能-电能的转换、热能-电能直接转换。前者的转换需要用热机作为中间环节，后者根据热电效应，将热能直接转换为电能。热电效应是一种物理现象在两种导体(或半导体)组成的闭合回路中，当两个端点处于不同的温度状态时，回路中将会产生热电流，其热电势仅与两接点的温度有关。热电偶是一种良好的热电转换元件，它的基本结构很简单，是由两种不同材料的热电极焊接而成。不同的材料组合的热电偶具有不同的热电势特性，适用于不同的温度环境。迄今为止，现代工业热电偶主要用于温度测量，使用范围覆盖了-273℃-2500℃的温度域。热电效应发现以来，也有过许多将热电偶作为电源使用的例子，现代也有以热电偶为转换元件的稳态温差电池。但由于热电偶的热电势只有毫伏级，热电转换的效率低，尚无大规模高强度地作为电源使用，尤其作为车载动态电源使用。为此，本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型的热机-热电机。作为一种动力机械，热电机既能达到高比能量、高比功率、高效率、低污染等性能指标，又不会产生振动和躁声等问题。本专利技术的热电机主要包括内设热电偶的燃烧室、冷源装置、电流调节器、电子控制器、高压点火器。燃烧室内设置的热电偶连接成大规模热电转换网络的结构，网络的引出线经过冷源装置后与电流调节器电连接；电子控制器分别与电流调节器、输入控制信号采用信号连接、与高压点火器电连接，高压点火器与燃烧室电连接；电流调节器输出的三相交流电供交流电动机输出功率。如果采用直流电动机作为动力源，可以取消电流调节器。所述燃烧室采用绝热外壳，并用隔板将内部分隔成若干个高温、中温、低温的区域；隔板上固定有适用于不同温度的热电转换元件；燃烧室内设置燃料喷嘴和高压电极，热电转换元件采用热电偶。燃烧室内的热电偶可以根据需要以各种形式连接，例如以串联或并联或串并联结合方式，形成大规模的热电偶网络，为了在高温下稳定地工作，热电偶应选用适合长期高温条件的材料，网络及其引出线必须严密地封装在耐高温的防氧化、防腐蚀的涂层中。所述冷源装置可以是配有风扇等具有冷却作用的装置。所述电流调节器可以是现有的将直流电转换为交流电的装置，包括接线合并电路与逆变器。所述电子控制器是一单片微机系统及其控制的电路，或者是计算机、工控机等其他电子控制系统。所述高压点火器可以是汽油机采用的点火线圈和火花塞。为了充分利用输出电流，可以在电子控制器与电流调节器之间连接蓄电池，在需要时存取电流。对上述技术方案进一步的改进是燃烧室为一个或二个或多个，以满足输出功率特性的需要。对上述技术方案进一步的改进是燃烧室可以分隔为一级或二级或多级内腔，其结构基本相同，充分利用热流的温度变化。对上述技术方案进一步的改进是燃烧室内可以设置一个或二个或多个热源。对上述技术方案进一步的改进是作为热电转换元件的热电偶，可以是金属材料或非金属材料制成。为了利用高温气流工作过程中的各级温差，热电偶的连接网络可以是多层、多级大规模点阵连接的热电转换网络群。对上述技术方案进一步的改进是燃料可以是液态燃料或气态燃料。本专利技术与现有技术相比具有如下优点(1)改进了热源的燃烧方式，改善了燃烧条件，热电转换以连续方式进行，提高了热效率；(2)采用燃烧室和多层、多级大规模热电偶网络群的结构，充分利用了高温热流工作过程中的各级温差，最大限度地将燃料燃烧产生的热能直接转换为电能，提高了热能的利用率；(3)采用机械与电子装置组成二级控制系统，进行电动机调速和对燃烧工况的调节，具有良好的使用性能和比功率指标。(4)比能量指标取决于配置燃料的数量；(5)整体结构紧凑，没有复杂的运动机构，不需要润滑、密封，解决了振动噪音等问题；(6)可以使用液态或气态的多种燃料，具有良好的经济性和低污染指标，使用氢气或低热值燃料时，排气污染问题将得到根本的解决。由以上技术方案可知，本专利技术以热电效应为基本原理。它的热源是燃烧室内的高温热流，冷源是环境大气，热电转换方式为从燃料的燃烧中获得热能，热电偶将热能直接转换为电能，驱动电动机输出功率。附图说明图1为本专利技术的热电机结构方框图；图2为本专利技术的实施例——车用热电机的结构方框图；图3为图2中的燃烧室结构示意图；图4为图2中的冷源装置结构示意图；图5为图2中电子控制器的电路原理图。下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。实施例如图1所示，本专利技术的热电机由内设热电偶的燃烧室1、冷源装置2、电流调节器3、电子控制器4、高压点火器5构成；燃料和空气与燃烧室1管道连接，燃烧室1内置的热电偶的引出线经过冷源装置2后与电流调节器3电连接，电子控制器4分别与电流调节器3、输入的控制信号采用信号连接、与高压点火器5电连接，高压点火器5与燃烧室1电连接，电流调节器3与交流电动机M电连接。构成本专利技术装置的各部件的作用是燃烧所需的空气和燃料气体混合后经喷嘴进入燃烧室1。电子控制器4根据控制信号，使高压点火器5输出高压电流，经高压电极点燃可燃混合气。燃烧产生的高温气流在燃烧室内与各个热电偶接触，热电偶产生温差热电势，大规模热电偶网络将每一个热电偶产生的热电势汇集起来，经过冷源装置2形成直流电。电子控制器4的另一个作用是调节燃料的供给量和电动机的转速。电流调节器3主要由接线合并电路与逆变器组成。接线合并电路实际上是一种电极电流的合并输出电路，作用是把热电偶网络的引出线通过适当的方式连接到一个公共的功率提取端，达到减少逆变器数量的目的。逆变器将直流电转变为三相交流电，送给交流电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热电机，其特征在于主要包括燃烧室、冷源装置、电流调节器、电子控制器、高压点火器；燃烧室内设置的热电偶连接成大规模热电转换网络的结构，网络的引出线经过冷源装置后与电流调节器电连接；电子控制器分别与电流调节器、输入控制信号采用信号连接、与高压点火器电连接，高压点火器与燃烧室电连接，电流调节器输出的三相交流电供交流电动机输出功率。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张征，
申请(专利权)人：张征，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]