[发明专利]热电机

说明书

本发明涉及一种热电机，尤其是指采用热电转换元件和机械电子控制系统，能将燃料燃烧产生的热能直接转换为电能，而且这个转换过程能够控制，最终通过电动机输出动力的机电装置。

能源是文明之源。热能是有史以来，人类能最广泛使用的大规模的能源形式之一。目前对热能的利用方式有很多，热功转换主要是通过依据各种热力循环原理制造的热机，将燃料的化学能转换为机械能。

内燃机是最典型的热机，由曲柄连杆机构、配气机构、点火系统、冷却系统等复杂的机械装置组成，通过进气、压缩、膨胀、排气四个冲程，将汽油(柴油)燃烧时产生的热能转换为机械能。内燃机发展了一百多年，作为车辆动力装置得到了广泛的应用，其技术性能不断地改进和提高。但是其固有的缺点，如：热效率低(35％左右)、排气污染、结构复杂、工作时的振动和噪音等问题，至今无法得到根本性的解决。为此，现代开发的电动汽车，采用了化学电池或燃料电池作为主要能源。

电池能将化学能转换为电能，车用高密度化学电池具有较高的“比功率”指标，主要缺点是价格昂贵寿命低，一次充电后的行驶里程与燃油内燃机汽车相比有一定的差距，即“比能量”指标低。

燃料电池的理论效率可以达到80-90％，但是，由于工作时自身的温度在几百度甚至1000多度，部分热能的产生和损耗是不可避免的。同时，燃料电池结构复杂，存在各种电位与副反应，其实际的使用效率为55％左右。以燃料电池为动力的电动车的行驶里程取决于车载燃料的多少，只要有适量的燃料，电动车可以具有与燃油汽车相当的行驶里程，即燃料电池具有较高的“比能量”指标。但由于化学反应速度的限制，车辆在爬坡或超车需要高的放电率时，燃料电池难以满足要求，即“比功率”指标低。这些情况说明，在电池技术没有取得突破之前，电动车的使用将受到电池性能的制约。

热电转换的方式主要有：热能-机械能-电能的转换、热能-电能直接转换。前者的转换需要用热机作为中间环节，后者根据热电效应，将热能直接转换为电能。热电效应是一种物理现象：在两种导体(或半导体)组成的闭合回路中，当两个端点处于不同的温度状态时，回路中将会产生热电流，其热电势仅与两接点的温度有关。热电偶是一种良好的热电转换元件，它的基本结构很简单，是由两种不同材料的热电极焊接而成。不同的材料组合的热电偶具有不同的热电势特性，适用于不同的温度环境。迄今为止，现代工业热电偶主要用于温度测量，使用范围覆盖了-273℃-2500℃的温度域。

热电效应发现以来，也有过许多将热电偶作为电源使用的例子，现代也有以热电偶为转换元件的稳态温差电池。但由于热电偶的热电势只有毫伏级，热电转换的效率低，尚无大规模高强度地作为电源使用，尤其作为车载动态电源使用。

为此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型的热机-热电机。作为一种动力机械，热电机既能达到高比能量、高比功率、高效率、低污染等性能指标，又不会产生振动和躁声等问题。

本发明的热电机主要包括内设热电偶的燃烧室、冷源装置、电流调节器、电子控制器、高压点火器。燃烧室内设置的热电偶连接成大规模热电转换网络的结构，网络的引出线经过冷源装置后与电流调节器电连接；电子控制器分别与电流调节器、输入控制信号采用信号连接、与高压点火器电连接，高压点火器与燃烧室电连接；电流调节器输出的三相交流电供交流电动机输出功率。如果采用直流电动机作为动力源，可以取消电流调节器。

所述燃烧室采用绝热外壳，并用隔板将内部分隔成若干个高温、中温、低温的区域；隔板上固定有适用于不同温度的热电转换元件；燃烧室内设置燃料喷嘴和高压电极，热电转换元件采用热电偶。

燃烧室内的热电偶可以根据需要以各种形式连接，例如以串联或并联或串并联结合方式，形成大规模的热电偶网络，为了在高温下稳定地工作，热电偶应选用适合长期高温条件的材料，网络及其引出线必须严密地封装在耐高温的防氧化、防腐蚀的涂层中。

所述冷源装置可以是配有风扇等具有冷却作用的装置。

所述电流调节器可以是现有的将直流电转换为交流电的装置，包括接线合并电路与逆变器。

所述电子控制器是一单片微机系统及其控制的电路，或者是计算机、工控机等其他电子控制系统。

所述高压点火器可以是汽油机采用的点火线圈和火花塞。

为了充分利用输出电流，可以在电子控制器与电流调节器之间连接蓄电池，在需要时存取电流。

对上述技术方案进一步的改进是：燃烧室为一个或二个或多个，以满足输出功率特性的需要。