本发明专利技术公开了一种通过热交换的温差发电方法，高、低温端的工作物质为流体，两个流体之间相互热交换：在高温端放置温差电池接头，在低温端放置温差电池接头；高温与低温端之间热交换，高温从高温端流向低温端；低温从低温端流向高温端，高低温流体相而对流。一种通过热交换的温差发电方法的装置，装置包括：铁体、铜体、第1温差接头、热流进口、冷热流出口、冷流进口、冷流热端出口、第1通道、第2通道；一种通过热交换的温差发电方法的装置，装置包括：第3通道、第4通道、N型半导体、绝缘支撑体、P型半导体、第2温差接头、第1出口、第1进口、第2进口、第2出口；该发明专利技术是一种全新的温差发电方式，在温差电池中引入热交换器，同时回收在低温端放出的热能；高温物质可以被冷却，同时低温物质可以被加热，实现了热交换器的功能的同时还可以发电。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种温差电池发电方法及装置，尤其是一种通过热交换的温差发电方法及装置。
技术介绍
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l°c，热接头处为100°C，则有5.2mV的温差电动势产生。目前市场上的温差电池是单纯的利用温差来发电的，也就是通过温差电池连接高温和低温两端。于物质可以的传导热，由高温向低温传导的热能就白白浪费了来自高温的热能。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溢出功和有效电 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。原理产生Seebeck效应的机理,对于半导体和金属是不相同的。(I)半导体的Seebeck效应产生Seebeck效应的主要原因是热端的载流子往冷端扩散的结果。例如P型半导体，由于其热端空穴的浓度较高，则空穴便从高温端向低温端扩散；在开路情况下，就在P型半导体的两端形成空间电荷(热端有负电荷，冷端有正电荷)，同时在半导体内部出现电场；当扩散作用与电场的漂移作用相互抵消时，即达到稳定状态，在半导体的两端就出现了由于温度梯度所引起的电动势——温差电动势。自然，P型半导体的温差电动势的方向是从低温端指向高温端(Seebeck系数为正)，相反，η型半导体的温差电动势的方向是高温端指向低温端(Seebeck系数为负)，因此利用温差电动势的方向即可判断半导体的导电类型。可见，在有温度差的半导体中，即存在电场，因此这时半导体的能带是倾斜的，并且其中的Fermi能级也是倾斜的；两端Fermi能级的差就等于温差电动势。实际上,影响Seebeck效应的因素还有两个:第一个因素是载流子的能量和速度。因为热端和冷端的载流子能量不同，这实际上就反映了半导体Fermi能级在两端存在差异，因此这种作用也会对温差电动势造成影响-±曾强Seebeck效应。第二个因素是声子。因为热端的声子数多于冷端，则声子也将要从高温端向低温端扩散，并在扩散过程中可与载流子碰撞、把能量传递给载流子，从而加速了载流子的运动一声子牵引，这种作用会增加载流子在冷端的积累、增强Seebeck效应。半导体的Seebeck效应较显著。一般,半导体的Seebeck系数为数百mV/K,这要比金属的高得多。(2)金属的 Seebeck 效应因为金属的载流子浓度和Fermi能级的位置基本上都不随温度而变化，所以金属的Seebeck效应必然很小,一般Seebeck系数为O 10mV/K。.虽然金属的Seebeck效应很小，但是在一定条件下还是可观的；实际上，利用金属Seebeck效应来检测高温的金属热电偶就是一种常用的元件。产生金属Seebeck效应的机理较为复杂，可从两个方面来分析:①电子从热端向冷端的扩散。然而这里的扩散不是浓度梯度(因为金属中的电子浓度与温度无关)所引起的，而是热端的电子具有更高的能量和速度所造成的。显然，如果这种作用是主要的，则这样产生的Seebeck效应的系数应该为负。②电子自由程的影响。因为金属中虽然存在许多自由电子，但对导电有贡献的却主要是Fermi能级附近2kT范围内的所谓传导电子。而这些电子的平均自由程与遭受散射(声子散射、杂质和缺陷散射)的状况和能态密度随能量的变化情况有关。如果热端电子的平均自由程是随着电子能量的增加而增大的话，那么热端的电子将由于一方面具有较大 的能量，另一方面又具有较大的平均自由程，则热端电子向冷端的输运则是主要的过程，从而将产生Seebeck系数为负的Seebeck效应；金属Al、Mg、Pd、Pt等即如此。相反，如果热端电子的平均自由程是随着电子能量的增加而减小的话，那么热端的电子虽然具有较大的能量，但是它们的平均自由程却很小，因此电子的输运将主要是从冷端向热端的输运，从而将产生Seebeck系数为正的Seebeck效应；金属Cu、Au、Li等即如此。塞贝克效应电势差的计算公式V= (SB(T}-~ Sa(T)) dr J Ti计算公式SA与SB分别为两种材料的塞贝克系数。如果SA与SB不随温度的变化而变化，上式即可表示成如下形式:V = (SB-SA) (T2-T1)塞贝克后来还对一些金属材料做出了测量，并对35种金属排成一个序列(即B1-N1-Co-Pd-U-Cu-Mn-T1-Hg-Pb-Sn-Cr-Mo-Rb-1r-Au-Ag-Zn-W-Cd-Fe-As-Sb-Te-......)，并指出，当序列中的任意两种金属构成闭合回路时，电流将从排序较前的金属经热接头流向排序较后的金属。应用塞贝克效应发现之后，人们就为它找到了应用场所。利用塞贝克效应，可制成温差电偶(thermocoupie，即热电偶)来测量温度。只要选用适当的金属作热电偶材料，就可轻易测量到从_180°C到+2000°C的温度，如此宽泛的测量范围，令酒精或水银温度计望尘莫及。现在，通过采用钼和钼合金制作的热电偶温度计，甚至可以测量高达+2800 V的温度！热电偶的两种不同金属线焊接在一起后形成两个结点，环路电压VOUT为热结点结电压与冷结点(参考结点)结电压之差。因为VH和VC是由两个结的温度差产生的，也就是说VOUT是温差的函数。比例因数α对应于电压差与温差之比，称为Seebeck系数。测量仪器国内热点材料测量起步较晚，但发展较快，目前seebeck系数测量系统主要以自制和进口仪器为主。主要国际厂商为日本ULBAC-RIK0与德国IinseiS，日本ULBAC-RIK0进入中国市场较早，早期用户采用日本产品较多，但其并没有在中国设立售后服务。后期德国Iinseis进入中国市场，逐渐占据seebeck系数测量仪主导地位，并获得用户认可，随后在中国北京及上海设立了 Iinseis技术服务中心。另各研究机构也有一些自行搭建的赛贝克系数测量系统，可惜未能规模商业化，北京科技大学也与国内企业合作搭建了 seebeck系数测量系统。热电现象三种紧密相连的效应温差电效应是由于不同种类固体的相互接触而发生的热电现象。它主要有三种效应:塞贝克(Seebeck)效应、佩尔捷(Peltier)效应与汤姆孙(Thomson)效应。(I)塞贝克效 应若将导体(或半导体)A和B的两端相互紧密接触组成环路，若在两联接处保持不同温度Tl与T2，则在环路中将由于温度差而产生温差电动势。在环路中流过的电流称为温差电流，这种由两种物理性质均匀的导体(或半导体)组成的上述装置称为温差电偶(或热电偶)，这是法国科学家塞贝克1821年发现的。后来发现，温差电动势还有如下两个基本性质:①中间温度规律，即温差电动势仅与两结点温度有关，与两结点之间导线的温度无关。②中间金属规律，即由A、B导体接触形成的温差电动势与两结点间是否接入第三种金属C无关。只要两结点温度Tl、T2相等，则两结点间的温差电动势也相等。正是由于①、②这两点性质，温差电现象如今才会被广泛应用。(2)佩尔捷效应1834年佩尔捷本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种通过热交换的温差发电方法，其特征在于：通过令高温端对低温的热阻趋向于无穷大，同时回收在低温端放出的热能，这样的温差发电的效率不再决定于温差材料的品质因数；高、低温端的工作物质为流体，两个流体之间相互热交换：在高温端放置温差电池接头，在低温端放置温差电池接头；高温与低温端之间热交换，高温从高温端流向低温端；低温从低温端流向高温端，高低温流体相而对流。
【技术特征摘要】
1.一种通过热交换的温差发电方法，其特征在于:通过令高温端对低温的热阻趋向于无穷大，同时回收在低温端放出的热能，这样的温差发电的效率不再决定于温差材料的品质因数； 高、低温端的工作物质为流体，两个流体之间相互热交换:在高温端放置温差电池接头，在低温端放置温差电池接头；高温与低温端之间热交换，高温从高温端流向低温端；低温从低温端流向高温端，高低温流体相而对流。2.根据权利要求1所述的通过热交换的温差发电方法的装置，其特征在于:装置包括:铁体(I)、铜体(2)、第I温差接头(3)、热流进口(4)、冷热流出口(5)、冷流进口(6)、冷流热端出口(7)、旁边板⑶、第I通道(9)、第2通道(10)； 该装置的两边相对内设有铁体(I)，中部的上下相对内设有铜体(2)，铁体(I)与铜体(2)之间固定安装有第I通道(9)、第2通道(10)，第I通道(9)、第2通道(10)的下端和上端的铁体⑴与铜体⑵相交的位置分别设有第I温差接头⑶；热流进口⑷设于装置的前壁，热流进口(4)与第I通道(9)固定连通，第I通道(9)与设于装置顶面的冷热流出口(5)固定连通；冷流进口(6)设于装置的后壁，冷流进口(6)与第2通道(10)固定连通，第2通道(10)通过冷流热端出口(7)与第I通道(9)固定连通。3.根据权...
【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：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。