[发明专利]超导热管连接半导体制冷片组成的温差发电装置

说明书

技术领域

能源领域《半导体温差发电》。

背景技术

当前太阳能技术已广泛应用于各种领域，但存在着在没有太阳时就发挥不了它应有效应，和成本高这一问题，为此，本发明人根据温差效应发电技术，研究和开发了本发明的超导热管连接半导体制冷片组成的温差发电装置，可在任何情况下发电，且成本低廉，便于推广应用。

发明内容

随着保护环境、节约能源的呼声越来越高、利用温差发电可能是发展大方向、从小型器件到大型电站，越来越多地从实验室理论应用到实践中去。

在“半导体制冷片”的两面用“超导热管传热元件”使温差达到摄氏60度，则发电电压可达到3.5V，电流可达到3～5A，选用“超导热管传热元件”作为“半导体制冷片”两端连接的温差冷/热源就构成了本发明的超导热管连接半导体制冷片组成的温差发电装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：

本发明中采用了重力超导热管技术：本发明的热传导和热扩散主要是采用“重力超导热管”元件。我国能源综合利用水平一直较低，而“超导热管”元件，具有结构简单、价格低廉、制造方便易于在工业中推广应用等特点。

热管的来源：热管是在1963年为美国加州大学拉斯阿拉摩斯研究所的格鲁佛氏所发明。顾名思义它是一种具有高效率传热性能的管子，它是在热传递学者不断的研究及寻求高效率导热装置下的产物。

热管的构造：热管大致说来是一根细长、中空、二头封闭的金属管子。它有15公分长的，也有15公尺长的，其外部形状不拘，在理论上几乎任何形状的设计都是可以的，管子的内壁附着一层毛细物体(重力热管中没有毛细物体)，毛细物体内浸湿着液体，这种液体称之为热管的工作液，如此便是通常的热管了。然而在实际上生产制造时并不如此单纯，其结构依导热量及温度的不同而异。目前已制成的热管有用黄铜、镍、不锈钢、钨及其它合金做外壳的。

热管工作液的种类更多，它包括钾、钠、铟、铯、锂、铋、水银、水、木酒精、丙酮、冷冻剂液态氮、液态氧及其它一些无机盐等。事实上，热管的外壳及其工作液的选择都视热管的应用情况而定。譬如在摄氏一千度以上的高温时，热管内部多用钾、钠等液态金属，但热管用于零下一百九十度时，则内部多用液态氮等。

热管的基本工作原理：当热管的一端置于较高温处而让另一端在较低温处时，传热现象便开始产生。热由高温处首先穿过金属管壁进入毛细物体中，毛细物体内的工作液受热开始蒸发。热管在高温处的部份便称之为蒸发部份。蒸发后的汽体聚集在蒸发部份的中空管内，同时向热管的另一端流动。由于热管的另一端接触到较低温处，当汽体到达较冷的另一端时便开始冷凝，在此时热量就由汽体穿过毛细物体，工作液及金属管壁而传入较低温部份。因此热管在较低温的部份便称之为冷凝部份。在冷凝部份内原先由蒸发部份蒸发的汽体又凝结成了液体，这些冷凝后的液体因毛细现象的作用自冷凝部份又流回了蒸发部份，如此流体循环不息，热量由高温处便传到了低温处，这便是热管的传热原理。因为蒸发和冷凝现象在几乎相同的汽压下进行，管内的温差非常小。至于热管二端外壳的温差，则主要由于热传导由管壁外缘经过毛细物体，工作液到汽体所致。参见(图1)。

如把热管和同体积金属棒的二端置于同样温差之下，热管的导热量可以达到金属棒的千倍以上。换句话说，当同样的热量通过热管和同体积的金属棒时，热管二端的温差要比金属棒小很多。由于这种特性，热管常被称为“近等温导热”装置。统而言之，热管在结构及原理上最特出的一点是毛细物体及毛细现象的应用。

“普通热管”由于毛细现象的作用，在冷凝部份的液体可以不需外力的作用而流回蒸发部份，这使热管成为一个完全独立而没有活动零件的导热装置，同时也使热管成为太空中传热的独特装置，因为毛细现象的作用在太空失重状态之下仍可使流体流动。

“重力热管”它也是利用工质的蒸发和冷凝来传递热量，是不需要外加动力而工质自行循环。它与普通热管(毛细现象)的不同点在于管内没有吸液芯(毛细物体及毛细现象)，冷凝液从冷疑段返回蒸发段不是靠吸液芯所产生的毛细力，而是靠冷凝液的自身和重力。因此重力热管是有方向性，蒸发段必须置于冷凝段的下方。由于重力热管没有吸液芯，所以不仅结构简单、成本低廉，而且传热性能优良，工作可靠。参见(图1)。

由于热管的优点如此多，其应用范围非常广泛；它可用于摄氏零下二百三十度的低温仪器中，也可用于高达摄氏一千五百度的液态金属反应炉中。它不但用于地面的一般装置上，也用于太空之中。除了如前段所述热管可用做传热装置外，其应用情形分点略述于下：