谁有热发电应用

只看该作者 · 2008-9-24 09:57

那位大侠有热发电（人体热，太阳热，大功率电子产品本身的热能，以及其它一些便携式的热能）的原理？或者谁知道市场上有什么产品是利用热能发电的？

3万 · 2008-9-29 19:36

体热发电机？

由 Bin Chen 于 1 year 之前发表

老是带给我们惊喜的德国朋友，Fraunhofer Institute，最近则是将人类的潜能，带到了另一个境界。他们发展了一套完全不须额外电力，仅靠体热就可以驱动电子组件的电力系统。

上图右方所展示的，就是以该系统驱动的一个无线发信器；透过热-电发电机（TEG，thermoelectric generator），只要将手摆在图中的感应片上，就可以借着体温在数度间摆荡的差别变化，转换成发信器所需的 200 微毫伏特（千分之ㄧ伏特）电压。（图中的笔记本电脑显示发信器传来的资料）

虽然目前发电功率仅达 2 微毫瓦（千分之ㄧ瓦），而目前手持装置光处理器就需要的 1 瓦的电功率，但我们仍然相当期待，将来只靠四个屁股就可以开车出去郊游的日子到来。

[]原文连接]
[翻译：Casper Kao]  热发电　机


  本人之所以要设计并想研制这种热发电机（由热能直接转化为电能的机器），是基于目前凡是利用热能来发电的，都是先把热能转化机械能，再由机械能转化为电能，顾然存在所需设备繁多、复杂，投资成本高，热效率低，严重污染环境等不足而提出来的。同时为了便于实现利用身边的热源直接发电，以便实现设备的小型化，家庭化，从而提高热效率，燃料的利用率，进一步节约能源为目的而设计的。下面首先就本热电机的可实现性进行一个初步探讨，然后以本人设计的热发电机作一个详细的说明。
自1864年塞贝克发现热的温差电现象后，人们一直想利用此现象来研制一种由热能直接转化为电能的机器，但时至今日象这种机器还是迟迟没有推上历史的舞台，而1831年法拉第发现了电磁现象后短短的几年后，就发明了发电机，那么象这种热发电机真的不能实现吗？
如果我们对电磁感应现象及其逆现象——磁场对电流的力作用研究后会发现：两现象中都存在一种特殊物质——磁场，它充当的只是一种能量交换的场所，它本身不提供任何能量又不发生实质性变化的外在因素，但它本身反过来制约这种能量的交换，使能量的转化受到牵制。
再来看看电流的热效应及塞贝克效应：在电流的热效应中，电源经导线把自身的电动势加在导体两端时，实际上是一方面向导体施加一个电场的同时，另一方面向导体中不断提供高电动势的自由电子，这样这些高电动势的自由电子在电场力的作用下，电子的电势能逐渐转化为电子的动能，从而转化为热能。而在塞贝克效应中是由于两种不同金属在接触面处热电子浓度不一，存在多数热电子在接触面处的相互迁移，结果在两金属接触面处产生了一个电场，由此建立了一个接触电势差，最终是靠少数热电子在电场中的漂移来形成电流的（假设另一接触面温度降至某一值时，其接触面电势差可视为0），由上分析可知，两效应中也有一种特殊物质——电场，它也是一种能量交换的场所，是一个不提供能量的外在因素。但在塞贝克效应中的电场是靠两金属中浓度不一的多数热电子相互扩散迁移形成的，实际上可视为两金属中热电子浓度之差的热电子迁移形成的，当温度升高，两金属中热电子浓度都会增大，但它们之差值的增值相比之下就要小得多，由此所形成的电场是非常微弱的，它不会随温度的升高而线性增大，因此能量在这里交换时势必受到制约，限制了这种能量交换的速度，当这种外在因素受到某种程度上的限制时，对能量的转化进程就进行了相应的牵制，使得这种能量的交换变得非常缓慢，同时加上多数的热电子已参与相互迁移形成电场去了，少数的热电子在如此微弱的电场中发生漂移而形成的电流可想而知又是多么的微小。由此可见参与形成电流的热电子数量也同样受到限制。由于受诸多原因的制约，要想利用塞贝克效应来大规模发电，理论上说是可行的，实际中只怕就很难实现了，只怕这也是想利用此现象来研制这种热发电机迟迟不能实现的真正原因。所以要想利用热能来发电，或者研制出这种由热能直接转化为电能的热发电机，可能要另寻辟径了。
在现实生活当中，不知大家注意到这样一种现象没有，即有些非金属氧化物（如碳酸钙）当加热到一定程度时，会有热电子从它表面逸出形成游离态的自由电子，实现正负电荷的分开。我认为此现象实际上是一种由热能直接转化为电能的现象，利用此现象是可用来发电的，或者由此研制出热发电机，问题的关键就是怎样想方法把这些处于游离态的电子收集起来，由前面的分析可知，我们会自然而然地想到要利用电场这一特殊物质，如果让这种具有发射热电子的非金属氧化物处于电场中（后面所提到的热电子发射物指的就是具有发射热电子能力的非金属氧化物），使从中逸出的热电子在电场力的作用下，作加速运动，与一块电子收集板发生碰撞而被它捕捉收集，这样这块电子收集板就集累了大量的多余的电子，这些多余的电子经外电路用电器再回到热电子发射物中，形成电流的回路，对外输出一定功率的电能，从而实现由热能直接转化为电能，同样外加的电场在这里只是实现这种能量的转换所需的场所，它本身并不发生任何实质性的变化。因此我大胆地设计了一种由热能直接转化为电能的机器，只是在设计过程中借鉴了目前阴极射线管有关原理，  可能这种理论中的热发电机如果具体实施起来或许会存在一些意想不到问题，只因本人受各方面条件的限制，不能把它开发出来，放到实际中进行实践检验，深表遗憾。在这里就只能对本人设计的热发电机有关方面作一个详细介绍，旨在想和大家来共同研究、共同开发，同时也真心希望能和那些具有科研能力的单位或个人一道参与研制，早日开发出来，造福于人类。
一、热发电机的基本结构和作用
图1是本人设计的一种热发电机结构剖面图，在图中（1）是烧瓶状的受热体，（2）是绝缘导热膜，（3）是导电网；（4）是附着在导电网上的热电子发射物；（5）是电子收集板；（6）是排气阀；（7）是提供激励电场的激励源。其中受热体是一个含有空腔的密闭形壳体，壳体的顶部是排气孔，用于将空腔随时抽成真空，空腔的中央是电子收集板，激励源的正负极可通过引线分别与电子收集板和受热体相连，这样在它们两者围成的空间中形成一个加速电场，为能量的交换提供一个有利的场所；壳体内侧表面紧贴的是一层绝缘导热膜，紧贴的是一层绝缘导热膜是附着有热电子发射物的导电网；对外供电时分别由导电网和电子收集板经引线导出，这样电子收集板即是激励源的正极又是对外供电电源的负极，它们的另一极被绝缘导热膜隔开，互不干扰。
二、热电子机的工作原理
当把受热体置于热源中时，受热体受热后，热由绝缘导热膜经导电网传递给热电子发射物，当温度升高到一定的程度时，就会有大量的热电子克服原子核的束缚从其表面逸出形成游离态的热电子，这些游离态的热电子正好处在由激励源提供在电场电势低的位置，因此刚逸出的热电子具有较高的电势能，它们在电场力的作用下，高电势能的热电子逐渐转化为电子的动能。在这里热电子在电场力作用下获得的动能不是由激励源提供的，而是热电子发射物受热激发后，由热能转化为游离态的热电子电势能的结果，电子的电势能再在电场力的作用下转化为动能的。是因为中性的热电子发射物虽然处在电场中，但它是没有电势能的只有受热激发后，逸出表面的游离态的热电子才具有电势能。电子的电势能转化为电子的动能是靠电场力做功来实现的，但并不需要提供电场的电源来提供，电场在这里只是提供能量交换的场所和条件。这样热电子获得动能后朝电子收集板一方作加速运动被它捕获，使电子收集板上积累了大量的多余的电子，就形成了对外供电电源的负极。当受热体继续加热，大量的热能进一步转化为游离态的热电子电势能，热电子电势能在电场力的作用下又进一步转化为电子的动能直到又被电子收集板捕获，此时电子收集板就可源源不断地向外提供具有一定电势能的自由电子，这些自由电子经外电路又回到导电网上的热电子发射物中，形成电流的回路对外输出一定功率的电能。获得的电能从宏观上说就是热能直接转化为电能的结果，从而实现了由热能直接转化为电能。