專利名稱：熱電元件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于熱力直接發(fā)電的元件，避免使用蒸汽驅動渦輪機，特別適用于溫 水發(fā)電。所屬技術領域背景眾所周知，現(xiàn)在的火力發(fā)電廠是將介質(水)加熱形成高壓蒸汽，驅動渦輪發(fā)電機發(fā) 電。成本高，必須大規(guī)模，才有實際意義。近年來，人們發(fā)明了堿金屬熱力發(fā)電技術，用于中溫熱力發(fā)電，排熱溫度在30(TC左 右，但不能用于低溫熱力發(fā)電。堿金屬熱力發(fā)電技術即使用于中溫發(fā)電，目前也沒形成商 業(yè)氣候。而低溫熱力發(fā)電的需求非常廣泛，特別是10(TC以下熱源的低溫條件比比皆是，但苦 于沒有相應技術加以利用而被大量浪費。如太陽熱、發(fā)動機水箱余熱、發(fā)動機排氣余熱、 設備熱、燈具熱、鋼鐵廠余熱、發(fā)電廠余熱、化工廠余熱、水泥廠余熱、地熱、供暖等。 偏遠地區(qū)用生活熱獲得電力，也將極具前景。目前利用這些余熱的系統(tǒng)要么成本很高，要 么根本不存在。

發(fā)明內容
本發(fā)明是要提供一種高效廉價的熱力發(fā)電元件，而且避免使用蒸汽輪機。 本發(fā)明的主要特征在于本元件包括熱形變管和若干壓電材料，熱形變管受熱時容積增大，冷卻時容積減??； 所述壓電材料逐層疊在熱形變管中；發(fā)電過程為熱形變管受熱膨脹時，在壓電材料上形成張力(在存在預壓力時，壓力 減小)，輸出某極性(如正)的電流；熱形變管冷卻收縮時，在壓電材料上形成壓力(在存在預壓力時，壓力增大)，輸出 與上述極性相反的電流。本發(fā)明的基本原理如圖l所示。圖中l(wèi)為管端蓋；2為熱形變管，其材料可以是各類 金屬，如鋁合金等，熱形變管的兩端使用端蓋強力封堵；3為壓電材料。圖l只注重熱形 變管的軸向伸縮，而熱形變管的徑向伸縮也是可以利用的，因此可以提高熱電效率。同時， 完全忽略軸向伸縮也是可以的，只使用徑向伸縮，這時熱形變管的端蓋就可以省略?？梢约俣ǎ瑹嵝巫児苤苯邮軣峄蚶鋮s而收縮，而壓電材料的自由尺度相對穩(wěn)定。熱形 變管受熱時，必然膨脹，使各壓電材料受到張力(在存在預壓力時壓力減小)，輸出一個 方向的電流。熱形變管冷卻時，必然收縮，使壓電材料受到壓力，輸出另一個方向的電流。 實際上壓電材料的溫度也可能略有變化，但壓電材料的線膨脹系數(shù)大致在5-8E-6，而普 通鋼材的線膨脹系數(shù)在1.1-1.5E-5左右，約為壓電材料的2倍，鋁合金的線膨脹系數(shù)2.4E-5 左右，約為陶瓷的3倍,所以假定壓電材料的自由尺度相對穩(wěn)定是成立的。為了完全避免壓電片因為溫度變化而伸縮，導致降低熱電效率，可以在熱形變管與壓 電片的外周之間設置絕熱材料，如絕熱膜等。嚴格來說，熱形變管內的壓電材料可以制成一個長的壓電體，即壓電材料的數(shù)量為1。 但這樣的設計使得輸出電壓很高(如100000V以上)，而電流卻很小(如20uA以下)，處 理起來相對困難，同時壓電材料的生產(chǎn)也不方便。所以應該使用厚度較小的壓電片。但如 果將諸多壓電片全部串聯(lián)起來，讓其電極化方向全部相同，這時的輸出性能與使用一個長
的壓電體沒有兩樣。解決該問題的辦法就是將所有壓電片的電極化方向兩兩相反，即相鄰壓電片的電極化 方向相反，然后將壓電片的所有正極連通，壓電片的所有負極也連通，最后輸出。如圖2 所示，壓電片在力學上全部串聯(lián)，而在電學上全部并聯(lián)，使輸出電壓成倍降低(如300V 附近)，而輸出電流成倍提高(如500mA附近)，使得系統(tǒng)的后續(xù)處理非常方便。當然不 排除使用混聯(lián)的其它各種拓撲，以適應不同的輸入輸出條件?？梢宰寜弘娖呢摌O與熱形 變管的金屬直接連通，還可以簡化絕緣工作。將壓電片倒角，防止電極與熱形變管短路。如果在熱形變管與壓電片的外周之間不留間隙，或者設置剛性的材料，即緊密配合， 將充分利用熱形變管的徑向伸縮，可以提高熱電效率。熱形變管膨脹時可以在壓電片外周 對壓電片形成張力，在熱形變管收縮時可以在壓電片外周對壓電片形成壓力，它們形成的 效果與軸向的為疊加的。.要實現(xiàn)大規(guī)模發(fā)電，就要同時使用多個熱電元件。在多個熱電片組成的系統(tǒng)中，為了 平衡熱源負載和冷源負載，就應讓這些熱電元件輪流地、分散地與熱源和冷源發(fā)生熱交換。圖3為一種熱力發(fā)電裝置，圖中4 11為8個熱電元件，它們都被支撐在轉軸14上； 12為風扇，協(xié)助熱電元件快速冷卻；13為隔板，隔板上為常溫常壓大氣，隔板下為常壓 溫水15。本裝置有約3個熱電元件在溫水15里面，接受加熱，也有約3個熱電元件在常 溫大氣里面被冷卻。旋轉14， 8個熱電元件輪流發(fā)出不同極性和相位的電流。這種裝置適 用于溫水發(fā)電。有益效果本發(fā)明的有益效果是使熱力發(fā)電成本低，效率高；并使低溫發(fā)電成為可能。 圖面說明

圖1為本發(fā)明的基本原理示意圖。圖2為一種較好的壓電片電極化方向示意圖。圖3為使用溫水發(fā)電的原理示意圖。圖4為本發(fā)明的最佳實施方案。最佳實施方案本發(fā)明的最佳實施方案為如圖4所示。圖中l(wèi)為螺帽端蓋；2為熱形變管，其材料是 鋁合金，熱形變管的兩端使用螺帽封堵，并使熱形變管內防水；3為壓電材料；16為絕熱 膜。壓電片表面倒角，避免電極與熱形變管短路。在熱形變管與壓電片的外周之間不留間 隙，并設置絕熱膜，使之緊密配合，充分利用熱形變管的徑向伸縮，提高了熱電效率。熱 形變管膨脹時在壓電片外周對壓電片形成張力，熱形變管收縮時對壓電片形成壓力。在熱 形變管的軸向和徑向都對壓電材料施加預壓力。
權利要求
1、一種熱電元件，其特征在于包括熱形變管和若干壓電材料，熱形變管受熱時容積增大，冷卻時容積減小；所述壓電材料逐層疊在熱形變管中。
2. 根據(jù)權項1所述的元件，其特征在于 熱形變管的兩端使用端蓋封堵。
3. 根據(jù)權項1或2所述的元件，其特征在于 在所述熱形變管和壓電材料的外周之間設置絕熱層。
4、 根據(jù)權項2所述的元件，其特征在于 相鄰壓電材料的極化方向相反。
5. 根據(jù)權項l、 2或4所述的元件，其特征在于所述壓電材料的外周與熱形變管內壁為緊密裝配。
6. 根據(jù)權項3所述的元件，其特征在于所述壓電材料的外周與熱形變管內壁為隔層緊密裝配。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于熱力直接發(fā)電的元件，避免使用蒸汽驅動渦輪機，特別適用于溫水發(fā)電，高效廉價。本發(fā)明的主要特征在于元件包括熱形變管和若干壓電材料，熱形變管受熱時容積增大，冷卻時容積減??；所述壓電材料逐層疊在熱形變管中；發(fā)電過程為熱形變管受熱膨脹時，在壓電材料上形成張力(在存在預壓力時，壓力減小)，輸出某極性(如正)的電流；熱形變管冷卻收縮時，在壓電材料上形成壓力(在存在預壓力時，壓力增大)，輸出與上述極性相反的電流。本發(fā)明的有益效果是使熱力發(fā)電成本低，效率高；并使低溫發(fā)電成為可能。
文檔編號H01L37/00GK101399311SQ200810168528
公開日2009年4月1日 申請日期2008年12月10日 優(yōu)先權日2008年12月10日
發(fā)明者胡修泰 申請人:胡修泰