专利名称：热电转换装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种热电装置，特别是一种热电转换装置。适用于冶金、化工、机械和能源等工业领域，以及汽车、锅炉(灶)、中央空调、冷冻(藏)库等等的节能；适用于自然环境中的热能采集，从而开辟新的能源；适用于制造无能源消耗的制冷设备等。
现代工业领域和人们的日常生活中，时时刻刻都在消耗掉巨大的能源资源，而能源以热的形式浪费现象十分普遍，这是造成能源(如石油、煤炭)的利用率不高的主要原因，因此产生了节能的课题。
汽车以燃烧汽油、柴油为主；锅炉(灶)以燃烧煤炭、液化石油气为主；空调器、冰箱以消耗电力工作；它们既消耗宝贵的石油、煤炭资源，也带来日益严重的环境污染。如汽车发动机由水冷却器带走的热量和排放尾气散失的热量；锅炉(灶)的四周和烟窗散失的热量；中央空调器、冷冻(藏)库的散热器散失的热量等，也产生了节能的问题。
上述种种热能，由于没有加以采集而得不到利用，长期以来浪费了宝贵而又巨大的能源资源。
现有空调器、冰箱等制冷设备要消耗大量的电力，特别是家庭空调器和冰箱的普及，对电力的需求日益增大，需要国家投入大量的资金，建设更多的发电厂，以消耗更多的能源资源(如石油、煤炭等)来满足人们物质生活的需要。
本实用新型的任务，是要提供一种热电转换装置。它能够进行热电转换，达到采集热能、节约能源、无能源消耗制冷和开辟新能源的目的。
热能是一种能源存在形式，是能够通过收集的方法而加以利用的能源资源。电能是传输、分配和使用过程中最方便、最清洁的能源，是现代社会中不可缺少的主要能源之一。将热能转换成电能的方法早已被人们所发现，即当两种不同的金属或者合金通过烧结或者缠绕在一起形成结点后，结点上受热就会产生(热)电(动)势。这是因为结点吸收热能，在结点的结合面形成电子聚集，并且产生电位差，如果用导线将结点两端短接，就会产生电(子)流，这样就形成了热电转换过程。一般情况下，热电转换的电势与温度成正比。温度越高，结点的结合面产生的电势越高。热电偶就是一种这样的元件，它产生电势的大小与温度的高低有较好的线性关系。利用这种电势与温度的线性关系，将热电偶安装在需要测量(和控制)温度的地方，用导线将电势引出，接入“温度测量控制仪”或“温度指示调节仪”，被测点的温度就能显示出来。仪器内部还能通过给定值与实测值进行比较，输出温度控制信号。因此，热电偶被广泛用于科研、工矿和电力等行业的温度测量与控制领域。附表1是我国《国家标准型热电偶的电势与温度关系表》。
本实用新型的任务是以如下方式完成的将现有热电偶在结构和制造工艺上加以改造，然后将热电偶串联形成直线组合、或者串并联形成方阵组合，从而制造成为具有较大的吸热能力和吸热面积、产生较高的电势和较大的热电转换功率、以及具有较好的机械强度的热能元件。再根据热源位置的具体情况和热源温度值，对热能元件进行串并联组合，实施输出电势和输出功率的控制，使热电转换装置符合实际使用要求。
以下将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述
图1，是热电偶原理所形成的热能元件示意图；图2，是热能元件等效电路图；图3，是热能元件的温度与电势关系曲线；图4，是热能元件收集热能直接利用和给蓄电池充电的电气原理方框图；参照图1，甲合金(4)和乙金属(2)通过烧结形成热电偶(3)，再由中性金属(5)将热电偶(3)串联起来，在热电偶(3)与不锈钢外壳(6)之间用绝缘材料(7)绝缘，引出导线(8)由瓷套(9)支撑，组成一个完整的热能元件(1)。甲金属(4)和乙金属(2)所形成的热电偶(3)的结合面积比测量温度用的热电偶的结合面积大。
中性金属(5)在热能元件(1)中只起连接导线的作用，它与甲合金(4)、乙合金(2)所形成的结合面不产生电势，或者只产生极其微小的电势。绝缘材料(7)和瓷套(9)使热电偶(3)及其引出导线(8)和不锈钢外壳(6)隔绝电气联系。不锈钢外壳(6)使热能元件(1)形成较好的整体、较高的机械强度，并且保护热电偶(3)不受热源介质或自然环境中风雨的侵蚀。
以镍铬—康铜(如附表1中的E型)热电偶为例甲合金(4)是正极(+)，成分为含镍90％、铬10％；乙合金(2)是负极(-)，成分为含铜57％、镍43％。从附表1中可以查出当热源温度为20℃时，E型热电偶(3)上产生1.192mV的电势；当热源温度为100℃时，E型热电偶(3)上产生6.317mV的电势。如果1,000个E型热电偶(3)由中性金属(5)串联组成一个热能元件(1)，在热源温度为20℃时，它就能产生1.192V的电势；当热源温度为100℃时，它就能产生6.317V的电势。
参照图2，热能元件中等效于电源(E1)(E2)(E3)......(En)的串联，它的端电势(E)为E＝E1+E2+E3+...+En(V) 1-1
参照图3，热能元件两端的电势(E)和温度(T)的关系接近直线。由两种不同的合金材料结合形成1,000个热电偶串联的热能元件(T)、(E)、(J)，在温度(T)等于0℃时，它们的电势(E)都为0V。随着温度(T)升高，热能元件(T)、(E)、(J)的电势也升高，并且合金材料不同，所产生的电势(E)有高低之分。
仍然以镍铬—康铜(E型热电偶)热能元件(E)为例从曲线(E)上可以查得，在20℃温度下，热能元件(E)能产生1.192V的电势；当热源温度为100℃时，热能元件(E)能产生6.317V的电势。此时将电能消耗(如通过用电器使用或者向蓄电池充电)致使热能元件(E)两端的电势(E)下降，热能元件(E)上的温度(T)势必下降。热源温度(T)高于热能元件(E)的温度(T)，就形成了温度差，热能元件(E)就不断吸收热能，完成热电转换过程。
参照图4，热能元件1 E1、1E2......1En，2E1、2E2......2Eh，nE1、nE2......hEn通过(多路串联、并联开关)使若干个热能元件形成一个面积和体积足够大，可以安装在封闭的、有热能采集的空间；也可以安装在自然环境中(昼夜不停地)采集热能；还可以安装在需要空调器或者制冷的场所，吸收热能，降低温度。
(热电装置集控器)采集(热源温度)值和(电力分配器)的(电压)值及(功率)值，对热能元件所能采集到的热能和(电力分配器)的输出功率进行能量平衡比较、计算，得出(电压控制)和(功率控制)结果，通过(多路串联、并联开关)对热能元件的组合进行控制。热能元件输出的电力由(电力分配器)送给(用电器)使用、或者给(蓄电池)充电，完成热电转换过程的电力控制以及制冷时的温度控制。
这种热电转换装置结构简单、造价低廉、安装容易、检修维护工作量很小。当热能元件组合到很大规模时，采集热能的能力也很大，从而形成热能发电厂、昼夜不停地采集环境温度中蕴藏的热能，转换成为电力，实现开辟新能源的目标。
权利要求1.一种热电转换装置，由甲合金(4)和乙合金(2)通过烧结形成热电偶(3)，再由中性金属(5)将热电偶(3)串联形成直线组合、或者串并联形成方阵组合，绝缘材料(7)和瓷套(9)使热电偶(3)及其引出导线(8)和不锈钢外壳(6)之间隔绝电气联系，它们组成了具有较大的吸热能力和吸热面积、产生较高的输出电势和输出功率、以及具有较高的机械强度的热能元件(1)。
2.按照权利要求1规定的热电转换装置，其特征是热能元件(1)可以由若干个组合起来形成面积和体积足够大，可以安装在封闭的、有热能采集的空间，或者安装在开放的自然环境中采集热能进行热电转换，输出电力。
3.按照权利要求1和2规定的热电转换装置，其特征是(热电装置集控器)采集(热源温度)值和(电力分配器)的(电压)值及(功率)值，对热能元件(1)所能采集到的热能和(电力分配器)的输出功率进行比较、计算，得出(电压控制)和(功率控制)结果，通过(多路串联、并联开关)对热能元件(1)的组合实施控制，使之达到最佳热电转换效率。
4.按照权利要求3规定的热电转换装置，其特征是热电转换过程中的电力控制，即对热能元件(1)的串并联组合控制，除了获取电力以外，还能达到在热能元件(1)的安装场所吸收热能、降低温度的目的。
专利摘要本实用新型公开了一种热电转换装置,适用于节能和开辟新能源。该装置是采用热电偶的工作原理制造成热能元件,再根据使用热源(或环境)温度的不同将热能元件进行组合,实施输出电势、功率和热能元件安装场所的温度控制。对于冶金、化工、机械和能源等工业领域,以及汽车、锅炉(灶)、冷冻(藏)库、中央空调等等的节能课题;进行自然环境中的热能采集,转换成电力,从而开辟新能源的课题;以及研制无能源消耗的制冷设备等课题,采用热电转换装置都可解决。
文档编号H05B1/00GK2391391SQ9921590
公开日2000年8月9日 申请日期1999年7月29日 优先权日1999年7月29日
发明者刘宏德 申请人:刘宏德