[发明专利]采用新的热力学循环将热能转换为电能的装置和方法

摘要

本发明描述了一种将热能转换为电能的方法。该方法直接通过铁电体或者其他可极化材料高效和经济地从热能发电，而不需要先将热能转换成机械能、其他形式的能或者是功。采用该方法时，可极化材料经历一个热力学循环，包括两个等温步骤和两个常数极化步骤。在理想实施例中，该热力学循环能够在满足卡诺极限条件下将热能转换成电能。铁电体材料能够持续在进入和退出铁电相过程中循环，从而热能持续转换成高电压电能。由此所产生的电能能够应用在不同应用中，几乎没有范围限制，或者储存起来做后续使用。本发明还描述了一种用于将热能转换成电能的装置。

主权项

一种用于将热转换为电能的装置，其特征在于，包括：（a）由导热和导电材料形成的第一电极；（b）由导热和导电材料形成的第二电极，其中所述第二电极与所述第一电极间隔开；（c）位于所述第一和第二电极之间的一层或多层的可电极化材料；（d）一个或多个热交换器，所述热交换器用于从所述一层或多层的可电极化材料散出热能或向其增加热能；（e）直流电压源，用于施加直流极化电压给所述一层或多层的可电极化材料；（f）控制电路，所述控制电路：（i）使用所述一个或多个热交换器，将所述一层或多层的可电极化材料的热能散出，从而将所述一层或者多层的可电极化材料冷却到温度TL，其中在所述冷却过程中没有电流流过所述第一电极和第二电极；（ii）随后对所述一层或多层的可电极化材料施加直流极化电压；（iii）当对所述一层或者多层可电极化材料施加直流电压并且允许电流流经所述第一电极和第二电极时，使用所述一个或多个热交换器将所述一层或多层的可电极化材料的热能散出，由此所述可电极化材料形成整体净极化，并在所述第一电极和第二电极上产生屏蔽电荷；（iv）从所述一层或多层可电极化材料中撤除所述直流极化电压；（v）随后使用所述一个或多个热交换器对所述一层或多层的可电极化材料增加热能，从而将所述一层或多层可电极化材料加热到温度TH，同时不允许电流流过所述第一电极和第二电极，其中，当热能增加到所述可电极化材料时，没有直流极化电压施加到所述一层或多层可电极化材料中；（vi）随后通过一个负载连接所述第一电极和第二电极；以及（vii）随后对所述一层或多层可电极化材料增加热能，同时所述电极通过所述负载相连，因此与产生在所述一对电极上的屏蔽电荷相对应的电能被输出 给所述负载；其中，当所述可电极化材料处于温度TL时，所述可电极化材料形成自发极化，而且所述可电极化材料在温度TH下形成的自发极化少于在温度TL下形成的自发极化。