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。

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：
散热：热管可伸出于发热装置之外，以增加发热装置的散热面积。由于热管的导热量大于 同体积的金属棒，它可取代一般散热鳍的金属片而增加其散热量。从以上热管的应用中可知， 自热管发明至今，在短短数年之内已被广泛地采用。然而热管在应用方面的潜在力，还依赖理 论方面的研究才能更有效的发挥其作用。
热管技术的特点：1、高速度的热传导效果；2、重量轻且构造简单；3、温度分布平均， 可作均温或等温动作；4、热传输量大、热传送距离长；5、没有主动组件，本身并不耗电；6、 可以在无重力力场的环境下使用；7、没有热传方向的限制，蒸发端以及凝结端可以互换；8、 容易加工以改变热传输方向；9、耐用、寿命长、可靠，易存放保管；10、价格低廉。
“热管”有较大的传热能力，热管巧妙的组织了热阻较小的沸腾和凝结两种相变过程，使 它的导热系数高达紫铜导热系数的数倍以至数千倍。“热管”不需要输送泵以及密封润滑，结 构简单无运动部件和噪音。如：一根长0.6m直径13mm重0.34kg“热管”在100℃工作温度下， 输送200W能量，其温降0.5℃，而输送同等能量同样长的实心铜棒重量为22.7kg，温差高达70 ℃。“热管换热器”的冷、热流体完全分开流动，可以比较容易的实现冷、热流体的完全逆流 换热；同时冷热流体均在管外流动，由于管外流动的换热系数远高于管内流动的换热系数，且 两侧受热面均可采用扩展受热面，用于品位较低的热能的回收非常经济。
“热管”又称“超导热管”或“介质导热管”，是近年发展起来的一种新型热传导元件。 它打破了传统的以水为介质的传热方式，可将大量热量通过极小的截面积实现远距离快速传输 而无需外加动力，从而实现了高效、节能、低耗的目的。经测试，其传热速度可达80～100厘 米/秒，是银、铜、铝等良导体的数千倍；传输过程几乎是等温传热，热损耗基本可以忽略不 计；而使用寿命高达上万至数万小时。
本发明中采用了温差半导体发电技术：
1821年，德国物理学家塞贝克发现，在两种不同的金属所组成的闭合回路中，当两接触处 的温度不同时，回路中会产生一个电势，此所谓“塞贝克效应”，这就是温差发电的原理。
1834年，法国实验科学家帕尔帖发现了它的反效应：两种不同的金属构成闭合回路，当回 路中存在直流电流时，两个接头之间将产生温差，此所谓珀尔帖效应，这就是热电制冷的依据。
1837年，俄国物理学家愣次又发现，电流的方向决定了吸收还是产生热量，发热(制冷) 量的多少与电流的大小成正比。
半导体材料具有较高的热电势可以成功地用来做成小型热电制冷器。图2～图3和图4-1 中示出N型半导体和P型半导体构成的热电偶制冷元件。用铜板和铜导线将N型半导体和P型 半导体连接成一个回路，铜板和铜导线只起导电的作用。此时，一个接点变热，一个接点变冷。 如果电流方向反向，那么结点处的冷热作用互易。
热电制冷的理论基础是固体的热电效应，在无外磁场存在时，它包括五个效应，导热、焦 耳热损失、西伯克(Seebeck)效应、帕尔帖(Peltire)效应和汤姆逊(Thomson)效应。
1856年，汤姆逊利用他所创立的热力学原理对塞贝克效应和帕尔帖效应进行了全面分析，并 将本来互不相干的塞贝克系数和帕尔帖系数之间建立了联系。汤姆逊认为，在绝对零度时，帕 尔帖系数与塞贝克系数之间存在简单的倍数关系。在此基础上，他又从理论上预言了一种新的 温差电效应，即当电流在温度不均匀的导体中流过时，导体除产生不可逆的焦耳热之外，还要 吸收或放出一定的热量(称为汤姆孙热)这就是热电制冷的依据。或者反过来，当一根金属棒 的两端温度不同时，金属棒两端会形成电势差。这一现象后叫汤姆孙效应(Thomson effect)， 成为继塞贝克效应和帕尔帖效应之后的第三个热电效应(thermoelectric effect)。汤姆逊效应是 导体两端有温差时产生电势的现象，帕尔帖效应是带电导体的两端产生温差(其中的一端产生 热量，另一端吸收热量)的现象，两者结合起来就构成了塞贝克效应。这就是温差发电的原理。
汤姆逊效应的物理学解释是：金属中温度不均匀时，温度高处的自由电子比温度低处的自 由电子动能大。像气体一样，当温度不均匀时会产生热扩散，因此自由电子从温度高端向温度 低端扩散，在低温端堆积起来，从而在导体内形成电场，在金属棒两端便引成一个电势差。这 种自由电子的扩散作用一直进行到电场力对电子的作用与电子的热扩散平衡为止。
热电制冷：令直流电通过半导体热电堆，即可在一端产生冷效应，在另一端产生热效应。
热电制冷又称作温差电制冷，或半导体制冷，它是利用热电效应(即帕米尔效应)的一种 制冷方法。
温差发电是一种新型的发电方式，利用塞贝尔效应将热能直接转换为电能。
温差半导体发电技术，它的工作原理是在两块不同性质的半导体两端设置一个温差，于是 在半导体上就产生了直流电压。以半导体温差发电模块制造的半导体发电机，只要有温差存在即 能发电。见(图4-2)中所示。
温差半导体发电其内阻小、耐高温、工作时无噪音、无污染，免维护、寿命长、性能稳定 等特点，因而是一种应用广泛的便携电源。可在零下40摄氏度的寒冷环境中迅速启动，因此在 实际中得到越来越广泛的应用。
这种发电方法是将冷/热能直接转变成电能，它不但与两结温度有关，且与所用导体的性质 有关。这种发电法的优点是没有转动的机械部分，不会有磨损现象，故可长久使用，但欲达高 效率需要温度很高的热源，有时利用数层热电物质之层叠(cascade或staging)以达高效率的效果。 若两面温差能达到摄氏60度，则发电电压可达到3.5V，电流可达到3～5A。
半导体温差发电机，目前主要用于油田、野外、军事等领域。
随着保护环境、节约能源的呼声越来越高、利用温差发电就是发展的大方向、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。
本发明的创新点在于：
技术路线一：本发明选用了“高效的超导热管传热元件”其特点：
1、高速度的热传导效果；
2、重量轻且构造简单；
3、温度分布平均，可作均温或等温动作；
4、热传输量大、热传送距离长；
5、没有主动组件，本身并不耗电；
6、可以在无重力力场的环境下使用；
7、没有热传方向的限制，蒸发端以及凝结端可以互换；
8、容易加工以改变热传输方向；
9、耐用、寿命长、可靠，易存放保管；
10、价格低廉；
11、便于普及推广应用。
技术路线二：本发明采用了“温差半导体发电技术”其特点：
1、可连续工作，没有污染源没有旋转部件，没有滑动部件是一种固体片件，工作时没有震 动、噪音、寿命长，安装容易，无环境污染。
2、半导体片热惯性非常小，两面只要存在温差就能发电。
3、半导体制冷片的反向使用就是温差发电，半导体制冷片一般适用于中低温区发电。
4、半导体制冷片的单个制冷元件对的功率很小，但组合成电堆，用同类型的电堆串、并联 的方法组合成制冷系统的话，功率就可以做的很大，因此发电的功率可以做到几毫瓦到上万瓦 的范围。
5、半导体制冷片的温差范围，从负温度-130℃到正温90℃到都可以实现发电。
6、价格低廉。
技术路线三：本发明选用了“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 源构成了“温差半导体发电装置”。具备有上述各自特点的综合效应和优点。
本发明的有益效果：
本发明一是可不用电、煤或气的不可再生能源；二是可利用永远存在的温差效应来产生可 再生能源；三是可在没有太阳光的情况下发电，白天和夜晚均可发电；四是与太阳能光电池比 较其成本可降低60％以上。具有不用不可再生能源的独特优点、不会产生任何污染排放最佳的环 保社会效应与经济效益。为子孙万代保留了能源，是当前和今后发展的必然趋势，其意义重大。
附图说明
图1：重力超导热管原理与外形示意图；
图1-1：重力超导热管原理示意图；
图1-2：重力超导热管外形示意图。
图2：半导体致冷器原理示意图；
图2-1：半导体致冷器原理示意图；
图2-2：半导体致冷器剖面示意图。
图3：单片与并联电堆串的半导体致冷片外形示意图；
图3-1：单片半导体致冷片外形示意图；
图3-2：单片半导体致冷片剖面示意图；
图3-3：并联电堆串的半导体致冷片剖面示意图。
图4：半导体致冷器制成的发电装置的剖面示意图；
图4-1：半导体致冷器剖面示意图；
图4-2：半导体致冷器发电装置的剖面示意图；
图5：地面单热管与半导体电子元件温差发电装置的剖面示意图；
图6：地下单热管与半导体电子元件温差发电装置的剖面示意图；
图7：双热管与半导体电子元件温差发电装置的剖面示意图；
图8：地下热管与半导体电子元件及超导液温差发电装置的剖面示意图。
图中：(AA)超导热管、(AA1)超导热管、(A1-1)冷凝段、(A1-2)连接段、(A1-3) 蒸发段、(AA2)超导热管、(A2-1)冷凝段、(A2-2)连接段、(A2-3)蒸发段、(A)加热 段、(B)传输段或连接段、(C)吸热段、(J)重力回流、(F)蒸汽、(TE)半导体致冷片、 (QC)吸热、(TC)(T2)冷端、(QH)放热、(T1)(TH)热端、(T1-0)加冷源端、(T2-0) 加热源端、(DC)蓄电池、(I)转换器、(DC-1)供电输入、(DC-2)发电输出、(P)P型半 导体、(N)N型半导体、(Q1)热端基板、(Q2)热端导流条、(Q3)元件、(Q4)冷端导流 条、(Q5)冷端基板、(Q0)发电输出电源线、(S0)接用电器具、(W)金属高效集热器、(M) 超导热管金属高效集热器、(L)框架、(K)保温箱体、(U)保温热源罐、(U0)金属高效集 热器热源罐、(H1)热源罐保温筒、(H-0)半导体致冷片连接筒壁、(H2)热管保温筒、(H2-1) 保温隔离板、(H3)连接盖板、(H4)热管外套管、(H5)热源罐保温筒连接盖、(R)超导液、 (X)地面、(Z)地下。

在图1中：(AA)超导热管、(R)超导液、(AA1)超导热管、(A1-1)冷凝段、(A1-2) 连接段、(A1-3)蒸发段、(A)加热段、(B)传输段或连接段、(C)吸热段、(J)重力回 流、(F)蒸汽。
在图中：在密封的金属(AA)超导热管内灌注了(R)超导液，其下端为(A)(A1-3)蒸 发段或称加热段，中间为(B)(A1-2)传输段或称连接段，上端为(C)(A1-1)冷凝段或称 吸热段，(R)超导液在(A)(A1-3)蒸发段或称加热段加热后成为(F)蒸汽，升华到上端的 (C)(A1-1)冷凝段或称吸热段后冷凝后成为液体向下(J)重力回流周而复始。
在图2中：(TE)半导体致冷片、(QC)吸热、(TC)(T2)冷端、(QH)放热、(T1) (TH)热端、(T1-0)加冷源端、(T2-0)加热源端、(DC)蓄电池、(DC-1)供电输入、(DC-2) 发电输出、(P)P型半导体、(N)N型半导体、(Q1)热端基板、(Q2)热端导流条、(Q3) 元件、(Q4)冷端导流条、(Q5)冷端基板。
在图中：(TE)半导体致冷片包括由下端的(Q1)热端基板和顺次连接着的(Q2)热端导 流条及由(P)P型半导体与(N)N型半导体组成(Q3)元件和上端连接的(Q4)冷端导流条与 (Q5)冷端基板构成；上端为(QC)吸热或称(TC)(T2)冷端，下端为(QH)放热或称(T1) (TH)热端；在(Q2)热端导流条连接(DC)蓄电池后就构成了(TE)半导体致冷片。
在图3中：(TE)半导体致冷片、(TE-X)半导体致冷并联电堆串、(DC)蓄电池。
在图中：在(TE)半导体致冷片的(Q2)热端导流条连接着(DC-1)供电输入电源线，接 入(DC)蓄电池就组成了单片不功率的半导体致冷器装置；由多个单片(TE)半导体致冷片并 联后连接后就组成了(TE-X)半导体致冷并联也堆串，再接入(DC)蓄电池后就可构成所需大 功率的半导体致冷器装置。
在图4中：(TE)半导体致冷片、(T2)冷端、(T1)热端、(T1-0)加冷源端、(T2-0) 加热源端、(DC)蓄电池、(DC-1)供电输入、(DC-2)发电输出。(DC-2)发电输出、
在图中：(DC)蓄电池经(DC-1)供电输入电源线连接(TE)半导体致冷片就构成了半导 体致冷器装置，上端为(T2)冷端下端为(T1)热端；在(TE)半导体致冷片的下端(T1-0) 加冷源端供给冷源，同进在上端(T2-0)加热源端供给热源(DC-2)发电输出电源线输出电流 给(DC)蓄电池充电就构成了(TE)半导体致冷片的温差发电装置。
实施例一：
在图5中：(TE)半导体致冷片、(Q1)热端基板、(Q5)冷端基板、(Q0)发电输出电 源线、(DC)蓄电池、(I)转换器、(S0)接用电器具、(AA1)超导热管、(A1-1)冷凝段、 (A1-2)连接段、(A1-3)蒸发段、(U)保温热源罐、(W)金属高效集热器、(M)超导热管 金属高效集热器、(L)框架。
在图中：在(TE)半导体致冷片的(Q1)热端基板连接着(W)金属高效集热器；在(TE) 半导体致冷片的(Q5)冷端基板连接着(U)保温热源罐与连接的(M)超导热管金属高效集热 器；在(M)超导热管金属高效集热器内顺次连接着(AA1)超导热管、(A1-1)冷凝段、(A1-2) 连接段和(A1-3)蒸发段；在(TE)半导体致冷片上连接着(Q0)发电输出电源线经(I)转换 器连接(DC)蓄电池由(S0)接用电器具连接所用电器，上述各部件连接在(L)框架上构成了 地面单热管与半导体电子元件温差发电装置。
(W)金属高效集热器与(M)超导热管金属高效集热器的结构本发明人已经申报了专利。
实施例二：
在图6中：(TE)半导体致冷片、(Q1)热端基板、(Q5)冷端基板、(Q0)发电输出电 源线、(DC)蓄电池、(I)转换器、(S0)接用电器具、(AA1)超导热管、(A1-1)冷凝段、 (A1-2)连接段、(A1-3)蒸发段、(K)保温箱体、(W)金属高效集热器、(X)地面、(Z) 地下。
在图中：在(X)地面上放置着(TE)半导体致冷片；在(TE)半导体致冷片的(Q1)热端 基板上连接着(AA1)超导热管的(A1-1)冷凝段经(A1-2)连接段连接的(A1-3)蒸发段连接 到(Z)地下；在(AA1)超导热管的(A1-1)冷凝段的外面连接着(K)保温箱体；在(TE)半 导体致冷片的(Q5)冷端基板上连接着(W)金属高效集热器；在(TE)半导体致冷片上连接着 (Q0)发电输出电源线经(I)转换器连接(DC)蓄电池由(S0)接用电器具连接所用电器构成 了地下单热管与半导体电子元件温差发电装置。
实施例三：双热管与半导体电子元件温差发电装置
在图7中：(TE)半导体致冷片、(Q1)热端基板、(Q5)冷端基板、(Q0)发电输出电 源线、(DC)蓄电池、(I)转换器、(S0)接用电器具、(AA1)超导热管、(A1-1)冷凝段、 (A1-2)连接段、(A1-3)蒸发段、(K)保温箱体、(U)保温热源罐、(M)超导热管金属高 效集热器、(AA2)超导热管、(A2-1)冷凝段、(A2-2)连接段、(A2-3)蒸发段、(X)地 面、(Z)地下。
在图中：在(X)地面上放置着(TE)半导体致冷片；在(TE)半导体致冷片的(Q1)热端 基板上连接着(AA1)超导热管的(A1-1)冷凝段经(A1-2)连接段连接的(A1-3)蒸发段连接 到(Z)地下；在(AA1)超导热管的(A1-1)冷凝段的外面连接着(K)保温箱体；在(TE)半 导体致冷片的(Q5)冷端基板上连接着(U)保温热源罐；在(U)保温热源罐内连接着(AA2) 超导热管的(A2-1)冷凝段经(A2-2)连接段连接着(M)超导热管金属高效集热器和(AA2) 超导热管的(A2-3)蒸发段；在(TE)半导体致冷片上连接着(Q0)发电输出电源线经(I)转 换器连接(DC)蓄电池由(S0)接用电器具连接所用电器构成了双热管与半导体电子元件温差 发电装置。
实施例四：
在图8中：(TE)半导体致冷片、(Q1)热端基板、(Q5)冷端基板、(Q0)发电输出电 源线、(DC)蓄电池、(I)转换器、(S0)接用电器具、(AA1)超导热管、(A1-1)冷凝段、 (A1-2)连接段、(A1-3)蒸发段、(U0)金属高效集热器热源罐、(H1)热源罐保温筒、(H-0) 半导体致冷片连接筒壁、(H2)热管保温筒、(H2-1)保温隔离板、(H3)连接盖板、(H4) 热管外套管、(H5)热源罐保温筒连接盖、(R)超导液、(X)地面、(Z)地下。
在图中：在(Z)地下放置着(TE)半导体致冷片；在(TE)半导体致冷片的(Q1)热端基 板上连接着(AA1)超导热管的(A1-1)冷凝段经(A1-2)连接段连接的(A1-3)蒸发段与外面 连接的(H4)热管外套管；在(AA1)超导热管的(A1-1)冷凝段的外面连接着(H2)热管保温 筒；在(TE)半导体致冷片的(Q5)冷端基板上连接着(U0)金属高效集热器热源罐和(H5) 热源罐保温筒连接盖与(Z)地下外面连接的(H1)热源罐保温筒与(H3)连接盖板连接；在(U0) 金属高效集热器热源罐内灌注有(R)超导液经(H-0)半导体致冷片连接筒壁连接(TE)半导 体致冷片的(Q5)冷端基板；(TE)半导体致冷片连接(H2-1)保温隔离板与(AA1)超导热管 端隔离；在(TE)半导体致冷片上连接着(Q0)发电输出电源线经(I)转换器连接(DC)蓄电 池由(S0)接用电器具连接所用电器构成了地下热管与半导体电子元件及超导液温差发电装置。