温差电池、热交换器、卡诺循环三个技术融合的装置的制作方法

本发明涉及温差电池，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。

背景技术：

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。

技术实现要素：

本发明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。

本发明的设计理论为：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100千克温度为0摄氏度的物质命名为B。A,B为同一物质。假设把A和B相互接触到温度相同可得100千克温度为50摄氏度的A和100千克温度为50摄氏度的B。假设把A，B平均分成两份后依次接触到温度相同最后可得100千克温度为37.5摄氏度的A100千克温度为62.5摄氏度的B。假设把A，B平均分成3份后依次接触到温度相同最后可得100千克温度为31.25摄氏度的A100千克温度为68.75摄氏度的B。假设把A，B平均分成8份后依次接触到温度相同最后可得100千克温度为19.638 摄氏度的A和100千克温度为80.362 摄氏度的B。第8列为B的每个最后温度，第8行为的A每个最后温度。

将8次以内的依次热交换的计算做成表格如下

假设把A，B平均分成100份后依次接触到温度相同最后可得100千克温度为5.6 摄氏度的A和100千克温度为94.4摄氏度的B。假设把A，B平均分成261份后依次接触到温度相同最后可得100千克温度为3.5 摄氏度的A100千克温度为96.6 摄氏度的B。当分为无穷份最后有100千克温度为0摄氏度的A和100千克温度为100摄氏度的B。也就热交换器效率达到100%的时候。

基于上述设计理论同时参考图4，本发明的解决方案如图：一种热交换温差电池，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做成的A管7的热端引出作为电源正极，温差材料A制成的A管7冷端通过第一温差接头与温差材料B制成的B管8的冷端相电气连接，温差材料B做成的B管8的热端通过上温差接头与温差材料A做成的A管9的热端相电气连接，温差材料A做成的A管9的冷端通过第二温差接头与温差材料B做成的B管10的冷端相电气连接，温差材料B做成的B管10的热端引出作为电源负极。

传统的温差电池与本发明的对比如下

1：传统的温差电池在热端吸收的珀尔帖热；两个都存在的热能消耗；

2由热端传导到冷端的热量：本发明的热交换功能回收了由热端传导到冷端的热量，使得热端对冷端的热阻是无穷大；

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，冷端就一半有消耗掉了：由于本发明的热交换功能回收冷端的损耗；对比于传统的温差电池，本发明消耗的热量只有热端吸收的珀尔帖热消耗，而这个消耗转化为电能。

当将热交换器的导热材料换成温差材料（至少两种不同的温差材料），由温差材料组成温差电池。这样的温差电池效率不再是传统温差电池的效率而是温差材料的效率+温差的效率。理想热交换器温差电池，简称热交换温差电池。

假设热交换器的热流温度为T_a冷流温度为T_b，冷流被热流加热后的温度T₁ ，热流被冷流冷却后温度T₂。当热交换器为理想热交换器时T_a =T₁ ，T_b = T₂ 。热交换温差电池降低冷流被加热端温度为T₃，也就是温差电池发电功率需要的热量。交换温差电池效率= （T_a -T₁ +T_b — T₂ +T₃ ）/T₃=1 。

在理想热交换温差电池接入负载，温差电池所发的电量=热流进口热能减去冷流出口热能，热流出口温度等于冷流出口温度，热流进口温度高于冷流出口温度。热流进口温度高于冷流出口温度是因为温差电池在吸收了一部分能量导致冷流出口没有足够能量加热到热流进口的温度。这样的热交换温差电池的效率=（温差发电能量+冷流出口能量）/热流进口能量。这个热交换温差电池的效率在理想条件下等于100%，故大于卡诺热机的效率。所以利用这个热交换温差电池可以制造出第类永动机。

然后将这个概念推广:同样理想的热交换温差电池将热流出口的流体引入冷流进口，冷流出口引入热流进口。这样热流由于一次次的循环将等于冷流进口的温度，所有的热能将变成电能。

一种热能完全转化为电能的方法，其特征在于：包括步骤：

（1）在一个热交换器内设置相互隔离的热流通道、冷流通道，其中热流通道为采用温差材料A制成的A管和温差材料B制成的B管间隔设置构成，热流从用温差材料A制成的A管和温差材料B制成的B管的内管流过；所述温差材料A制成的A管和温差材料B制成的B管的管外为冷流通道，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；

（2）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做成的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，温差材料B做成的B管的热端引出作为电源负极；

（3）将两个独立的冷、热流流通通道的进口相互连通，两个独立的流通通道出口相互连通；

（4）在相互连通的进口管道内设置有循环泵、热交换器；

（5）在相互连通的出口管道内设置有环境热交换器、压缩机、膨胀机。

进一步的：所述的温差材料A制成的A管是采用导体或者半导体；所述温差材料B制成的B管是采用导体或者半导体，温差材料A与温差材料B为不相同材料。A管，B管可以是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。换个说法就是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，也就是杜绝了温差材料的传导热。

一种测量热交换电池效率的装置，热流进口连通冷流进口，热流出口连通冷流出口，热流进口与冷流进口的连通管道上设置有循环泵、热交换器；热流出口与冷流出口连通的管道上设置有冷却热交换器；在冷却热交换器与热交换器之间连接有环境热交换器、压缩机、膨胀机。

图中附图标记为：电源正极1，电源负极2，热流进口3，热流出口4，冷流出口5，冷流进口6，第一A管7，第一B管8，第二A管9，第二B管10，第一温差接头11，上温差接头12，第二温差接头13，下管板14，上管板15,外壳16，冷却热交换器17，环境热交换器18，压缩机19，加热热交换器20，膨胀机21。

具体实施方式

如图2所示，本发明的一种热交换温差电池，其外壳16的上、下部分别横向设置有上管板（15）、下管板14，所述上管板15、下管板14分别在对应处开有四个孔，在相应的孔内插入由温差材料A制成的第一A管7、第二A管9和温差材料B制成的第一B管8、第二B管10，使得从上部热流进口3进入壳体16的热流从第一A管7、第二A管9、第一B管8、第二B管10的管内流过，从壳体16的下部冷流出口5流出，上管板15、下管板14在壳体内隔出的空间为冷流流通通道，构成热流从A管温差材料A制成的A管和B管温差材料B制成的B管管内流过，冷流从A管温差材料A制成的A管和B管温差材料B制成的B管管外流过的结构；温差材料A制成的第一A管冷端通过第一温差接头11与温差材料B做成的第二B管8的冷端相电气连接，温差材料B做成的第一B管8的热端通过上温差接头12与温差材料A做成的第二A管9的热端相电气连接，温差材料A做成的第二A管9的冷端通过第二温差接头13与温差材料B做成的第二B管10的冷端相电气连接，温差材料B做成的第二B管10 的热端引出作为电源负极。所述第一温差接头11、第二温差接头13处于上温差接头12的下端，为水平设置。所述的A管温差材料A制成的A管是采用导体或者半导体；所述B管温差材料B制成的B管是采用导体或者半导体。

如图1所示，一种热交换温差电池制成的管式热交换器，其外壳16的上、下部分别横向设置有上管板15、下管板14，所述上管板15、下管板14分别在对应处开有四个孔，在相应的孔内插入由温差材料A制成的第一A管7、第二A管9和温差材料B制成的第一B管8、第二B管10，使得从上部热流进口3进入壳体16的热流从第一A管7、第二A管9、第一B管8、第二B管10的管内流过，从壳体16的下部冷流出口5流出，上管板15、下管板14在壳体内隔出的空间为冷流流通通道，构成热流从A管温差材料A制成的A管和B管温差材料B制成的B管管内流过，冷流从A管温差材料A制成的A管和B管温差材料B制成的B管管外流过的结构；温差材料A制成的第一A管冷端通过第一温差接头11与温差材料B做成的第二B管8的冷端相电气连接，温差材料B做成的第一B管8的热端通过上温差接头12与温差材料A做成的第二A管9的热端相电气连接，温差材料A做成的第二A管9的冷端通过第二温差接头13与温差材料B做成的第二B管10的冷端相电气连接，温差材料B做成的第二B管10 的热端引出作为电源负极；热流进口3连通冷流进口5，热流出口4连通冷流出口6，热流进口3与冷流进口5的连通管道上设置有循环泵22、热交换器20；热流出口4与冷流出口6连通的管道上设置有冷却热交换器17；在冷却热交换器17与热交换器20之间连接有环境热交换器18、压缩机19、膨胀机21。所述的A管温差材料A制成的A管是采用导体或者半导体；所述B管温差材料B制成的B管是采用导体或者半导体；所述的半导体为金、银、铜、铁、硅、P型半导体、N型半导体之一种。

一种热能完全转化为电能的方法，包括步骤：

（1）在一个热交换器内设置相互隔离的热流通道、冷流通道，其中热流通道为采用温差材料A制成的第一A管7、第二A管9和温差材料B制成的第一B管8、第二B管10间隔设置构成，热流从用A管温差材料A制成的A管和温差材料B制成的第一B管8、第二B管10的内管流过；所述温差材料A制成的第一A管7、第二A管9和B管温差材料B制成的B管的管外为冷流通道，冷流从温差材料A制成的第一A管7、第二A管9和温差材料B制成的第一B管8、第二B管10的管外流过；

（2）温差材料A制成的第一A管冷端通过第一温差接头11与温差材料B做成的第二B管8的冷端相电气连接，温差材料B做成的第一B管8的热端通过上温差接头12与温差材料A做成的第二A管9的热端相电气连接，温差材料A做成的第二A管9的冷端通过第二温差接头13与温差材料B做成的第二B管10的冷端相电气连接，温差材料B做成的第二B管10 的热端引出作为电源负极。

（3）将两个独立的冷、热流流通通道的进口相互连通，两个独立的流通通道出口相互连通；

（4）在相互连通的进口管道内设置有循环泵22、热交换器20；

（5）在相互连通的出口管道内设置有环境热交换器18、压缩机19、膨胀机21。

其中第一A管7、第二A管9、第一B管8、第二B管10采用导体或者半导体。第一温差接头11，是在冷端较远电气连接温差材料A做成的第一A管7与温差材料B做成的第二B管8，接头材料可以是温差材料A，温差材料B或者导体。上温差接头12是在热端电气连接温差材料A做成的第二A管9与温差材料B做成的第一B管8，接头材料可以是温差材料A，温差材料B或者导体。第三温差接头13，是冷端较远电气连接温差材料A做成的第二A管9与温差材料B做成的第二B管10，接头材料可以是温差材料A，温差材料B或者导体。第一温差接头11、第三温差接头13距离冷端较远的目的是让温差电池的内阻减少同时降低热流出口的温度。原理是由于第一温差接头11、第三温差接头13会发热，而这个时候热能还未充分的交换所以上移温差接头，让流体热交换充分。第一温差接头11、第三温差接头13距离冷端较远的目的是让温差电池的内阻减少同时降低热流出口的温度：原理是由于第一温差接头11、第三温差接头13会发热，而这个时候热能还未充分的交换所以上移温差接头，远离冷端，让流体热交换充分。

下管板14、上管板15由绝缘材料构成，在第一A管7，第一B管8，第二A管9，第二B管10的外部用作隔离冷流、热流相互混合流通。

上述实施例的工作原理如下；热流进入热流进口3后流入第一A管7，第一B管8，第二A管9，第二B管10的内部，由于上管板15的阻挡流体只能进入第一A管7，第一B管8，第二A管9，第二B管10的内部，管内部的流体流出后流向热流出口4，由于下管板14的阻挡只有从管道流出的流体流向热流出口4。热流出口4的流体经过热泵的热交换器17冷却后，流入冷流进口6然后沿着第一A管7，第一B管8，第二A管9，第二B管10的管外壁流动，然后流向冷流出口5。这样的热交换温差电池的流体流动循环。这样一个循环是由循环泵22推动。

冷流进入冷流进口6进入热交换器透过第一A管7，第一B管8，第二A管9，第二B管10的管壁与管壁内的流体进行热交换然后流向冷流出口5。第一A管7，第一B管8，第二A管9，第二B管10温度的分布是靠近热流进口部分温度高，靠近温度热流出口部分温度低。

热流在管的内部流动，冷流在管道外部流动。热流与冷流通过第一A管7，第一B管8，第二A管9，第二B管10来进行热交换。

冷端是指第一A管7，第一B管8，第二A管9，第二B管10的温度最低的一端。热端是指第一A管7，第一B管8，第二A管9，第二B管10的温度最高的一端。温差材料A、温差材料B可以是导体和半导体。膨胀机21是高压气体做功降压或者等熵降压。热交换器17是冷却热流出口4的流体。 热交换器18是放置在环境的一个热交换器其作用是将热交换器里面的流体变成环境温度。压缩机19是将从热交换器18来的气体变成高温高压气体。热交换器20是加热冷流出口5的流体。

热泵的流体循环：低温低压的流体流入热交换器17冷却热流出口4的流体后，进入热交换器18，热交换器18将热交换器18里面的流体变成环境温度后进入压缩机19，经过压缩机19后变成高温高压气体流向热交换器20，加热冷流出口5流出的流体然后流向膨胀机21，经过膨胀机降温降压变成低温低压的流体然后流向热交换器17之后热交换器17冷却热流出口4的流体。这个就是热泵的流体循环。

如图1所示在热交换温差电池开路，热流进口1000摄氏度，冷流进口0摄氏度的流体，热泵不工作即热交换器17，20不换热和在理想条件下：将会永远维持热流进口1000摄氏度，冷流进口0摄氏度。在温差电池接通负载的情况下高于0摄氏度的热能将会被转化为电能被负载消耗掉。

在热交换温差电池开路，热流进口1000摄氏度，冷流进口0摄氏度的流体，热泵工作。这个时候温差电池接入负载，冷流出口的温度低于1000摄氏度，后被热泵加热到1000摄氏度。在热交换温差电池无损耗的情况下，热泵输入的热能全部转化热交换温差电池发出的电能，热泵消耗的电能小于热泵输出的热能故热交换温差电池发出的电能大于热泵消耗的电能。所以在理想条件下是一个“永动机”。

假设高温端的流体1000K，低温端的流体300K，低温流体经过热交换器加热后的流体温度比热流温度低1摄氏度，高温流体经过热交换器冷却后的流体比冷流高1摄氏度。则加热后的流体温度为999K, 冷却后的流体为301K。这时热交换器的效率为99.8%。发电量占每次流体循环能量的12％～15％的能量（参考传统温差电池的能量分布）。热交换器和温差电池能量损失0.2%。这个时候热交换器加热后的流体温度为1000×（1－12％－0.2%）＝878K。这样的热交换温差电池效率已经超过卡诺效率。热泵加热878K的流体到1000K需要122K的热量。热泵吸收热量的环境温度为300K。用逆卡诺热泵加热需要电能百分比为122÷（1000/（1000-300））÷1000=8.7% 故有这样的一个装置可以发12%的电能，要消耗8.7的电能，循环泵需要克服流体的摩擦力预估为热交换的能量的0.1%。总的输出有12-8.8%=3.2%。因此是一个将单一热源转化为电能的装置同时又是一个测量热交换温差电池效率的装置。

如图1所示还是一个热能完全转化为电能装置，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做成的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，温差材料B做成的B管的热端引出作为电源负极；热流进口连通冷流进口，热流出口连通冷流出口，热流进口与冷流进口的连通管道上设置有循环泵、热交换器；热流出口与冷流出口连通的管道上设置有冷却热交换器；在冷却热交换器与热交换器之间连接有环境热交换器、压缩机、膨胀机；所述的温差材料A制成的A管是采用导体或者半导体；所述温差材料B制成的B管是采用导体或者半导体。

采用如图1所示的结构，热交换电池其效率可以这样定义：（温差电池功率+膨胀机功率）/（压缩机的功率+循环泵功率）。如图1所示记录装置，记录温差电池功率，温差电池功率，膨胀机功率，压缩机的功率，循环泵功率即可通过上述公式获得热交换温差电池效率。

附图说明

图1是现有技术中的管束式热交换器的结构图。

图2是热交换温差电池的结构示意图。

图3是图2所示结构的A=A剖面图。

图4是单一热源转化为电能的装置原理结构图。