CN102427320B - 一种超导液传热温差发电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超导液传热温差发电机，属于新能源技术的开发与利用领域。其特征是发电机组成如下：热流体从热流体进口管(1)流进，分流进入支管，再分流后进入热流体换热器模块(5a)，在热流体换热器模块（5a）内部通过超导液将热量传到热流体换热器模块（5a）的两个平面上，该平面上并联或串联安放半导体温差发电片，形成高温端面，高温端面的热量通过温差发电片传到低温端面，低温端面与冷端接触，进行散热。流过热流体换热器模块（5a）的热流体从热流体出口管(2)流出。冷流体从冷流体进口管(3)流进，从冷流体出口管(4)流出，在冷流体换热器模块(5b)的板面上形成冷端。半导体温差发电片(9)及换热器模块（5）冷热端面交替排列，产生温差而发出电能。本发明提供了一种利用蒸汽、烟气、工业废热、地热及太阳能等进行大规模发电的方法，既节能又环保。

Description

一种超导液传热温差发电机

技术领域

本发明涉及一种热能温差发电装置，特别是一种超导液传热温差发电机。

背景技术

半导体温差发电可直接将热能转变为电能，即使在只有微小温差存在的情况下也能应用，是使用范围很广的绿色环保型能源，它无需化学反应，也无机械运动，因而具有无噪音、无污染、无磨损、重量轻、使用寿命长等特点，被广泛应用于工业余热、废热的回收利用、航天辅助电力系统中。

利用塞贝克效应将温差直接转换为电能的方法很多，其中以半导体温差发电模块的技术最为成熟，可选择的半导体温差发电模块的品种也很多，用半导体温差发电模块制造的半导体发电机，只要存在温差即能发电，工作时无噪音、无污染，使用寿命长、免维护、低成本，是一种应用广泛及前景广阔的物理电源。温差发电机的工作温度范围为温差发电片所允许的温度范围内。温差发电机可单台或多台串并联使用，发出的电能，可直接连接负载运行，也可给蓄电池充电或逆变为220V的电源供电网使用。

目前超导技术在导热领域中处于领先地位，而决定超导体导热率和传热速度的关键因素是工作介质，工作介质因为工作温度的不同而采用不同的物质。但不管利用何种介质，它的工作原理都是先吸热蒸发，蒸发的介质流向低温端放热凝结，如此循环，热量就通过介质的吸热放热进行传递。传统工业中使用的传热介质一般多是水或水蒸气，少数行业中也使用油类或某些气体作为传热介质。气体介质的导热系数很小，导热效率低。而油类介质的导热系数虽然稍大一些，但是成本较大，不适合广泛使用。最广泛使用的是水类介质，其缺点是导热系数小，传热慢。另外水介质中常常含有杂质，容易结垢并腐蚀金属管道，特别是水垢形成后严重影响传热。所以在密闭系统中利用汽化潜热大、导热效果好、无腐蚀的超导液进行传热和换热，提高换热器导热及换热效率，达到高效节能、环保的目的。

随着保护环境、节约能源的呼声越来越高，合理的利用蒸汽、太阳能、地热能、工业余热余能及各种温差能，并利用温差来进行大规模的发电可能是未来发展的大方向，人们对使用高效率的温差发电产品的需求也更加迫切。

发明内容

本发明的主要目的是提供了一种超导液传热温差发电机进行大规模发电的装置，该装置采用超导液进行传热与换热，可以利用蒸汽、太阳能、地热能及工业余热等温差来发电，其通用性较强，不局限于某一种温差能的利用。

本发明的具体实施方案是，提供一种超导液传热温差发电机，其特征是：

见附图1，热流体从热流体进口管（1）流进后，分流进入支管，然后进一步分流后进入热流体换热器模块（5a），在热流体换热器模块（5b）内部通过超导液将热量传到热流体换热器模块（5a）的两个平面上，形成热端，该平面上并联或串联安放半导体温差发电片，形成温差发电片的高温端面，高温端面的热量通过温差发电片传到低温端面，低温端面的温差发电片与冷端接触，进行散热。流过换热器的热流体从热流体出口管（2）流出。冷流体从冷流体进口管（3）流进后，分流进入支管，然后进一步分流进入冷流体换热器模块（5b），通过超导液在冷流体换热器模块（5b）的两个端面形成冷端。流过冷流体换热器模块（5b）的冷流体从冷流体出口管（4）流出。当通入冷热流体后，在相邻换热器模块（5）的端面就形成热端和冷端，将半导体温差发电片（9）以并联或串联的方式安放在相邻换热器模块的端面之间，即产生温差发电。整个装置通过底座（6）及固定支架Ⅰ(7)、固定支架Ⅱ（8）进行固定。

见附图2，为超导液传热温差发电机换热器模块（5）的主视图，图中的平壁面（53）为高温或低温端面，与半导体温差发电片紧密接触，传递热量，产生温差而发电，肋（54）的厚度小于温差发电片厚度的二分之一，用于固定温差发电片，密封口（55）用于向换热器模块内充填超导液，一个充填一个排气，换热器模块的材料为耐腐蚀、导热率高的金属材料。

见附图3，为换热器模块（5）内部结构图，具体为附图2 A-A方向的剖面图，附图3中冷或热流体管（56）内是冷或热流体的流通通道，冷或热流体管（56）外壁与加强筋（58）、平壁面（53）构成空腔（57），空腔（57）内充填超导液，在冷或热流体管（56）内流体与平壁面（53）之间进行热量的传递与交换，加强筋（58）起支撑与固定作用，密封口（55）用于向换热器模块内充填超导液，换热器模块(5)为一体拉伸成型或整体浇铸成型。

见附图4，为换热器模块的局部立体视图，具体为附图2中去掉进口管（51）及其分支管连接的端盖后的内部结构图，加强筋（58）的两端与盖板连接处留有间隙，使盛装超导液的空腔（57）形成连通体，便于整个换热器内充填超导液，超导液为ZGM介质或其它导热率高、无毒无腐蚀的传热介质。

见附图5，为热流体换热器模块(5a)、半导体温差发电片组(9)、冷流体换热器模块(5b)依次交替排列并紧密接触，在温差发电片的两个端面形成高温端与低温端，产生温差而发电。

附图说明

图1为本发明一种超导液传热温差发电机的立体视图：

1——热流体进口管、2——热流体出口管、3——冷流体进口管、4——冷流体出口管、5——换热器模块、5a——热流体换热器模块、5b——冷流体换热器模块、6——底座、7——固定支架Ⅰ、8——固定支架Ⅱ、9——半导体温差发电片

图2为本发明一种超导液传热温差发电机的换热器模块的主视图，具体为图1中换热器模块5的主视图：

51——进口管、52——出口管、53——平壁面、54——肋、55——密封口

图3为本发明一种超导液传热温差发电机的换热器模块的剖面图，具体为图2中A—A方向的剖面图：

53——平壁面、55——密封口、56——冷或热流体管、57——空腔、58——加强筋、

图4为本发明一种超导液传热温差发电机的换热模块局部立体视图，具体为图2中去掉进口管1及其分支管连接的端盖后的内部结构图：

53——平壁面、54——肋、56——冷或热流体管、57——空腔、58——加强筋、

图5为本发明一种超导液传热温差发电机的局部组装图：

5a——热流体换热器模块、5b——冷流体换热器模块、9——半导体温差发电片

本发明一种超导液传热温差发电机具有如下优点：

换热器模块内采用超导液传热，并且热流体换热器模块与冷流体换热器模块内可以采用沸点不同的超导液介质，加强传热效果。超导液具有导热效率高、传热速度快、无腐蚀等优点，同时在换热器模块的平壁面上的温度均匀，便于半导体温差发电片发出高品质的电能。

结构简单紧凑，安全性能可靠，电转换效率高，可以移动使用，也可以固定安装，安装使用方便，与传统的火力、水力发电相比较，具有工作时无噪音、无污染，使用寿命长、免维护、低成本、不用附加其它能源，只要有温差存在即可发电，是一种应用广泛及前景广阔的物理电源。尤其在太阳能、地热能、工业余热等的热发电利用上有突出的应用空间。

具体实施方式

下面结合附图1、2、5通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明：

将附图2中的换热器模块内充填超导液并密封，根据具体情况可以真空充填，也可以常压充填，根据热流体与冷流体温度的不同，热流体换热器模块(5a)与冷流体换热器模块（5b）内可以选用沸点不同的超导液，然后按附图5的方式把热流体换热器模块（5a）、温差发电片（9）、冷流体换热器模块（5b）进行依次交替组装，温差发电片组的一面与热流体换热器模块（5a）的高温端面紧密接触，另一面与冷流体换热器模块（5b）的低温端面紧密接触，并用底座（6）及固定支架Ⅰ（7）、固定支架Ⅱ（8）进行固定成附图1的形式，其中冷、热换热器模块的个数及温差发电片组数可根据实际情况进行确定。

见附图1，热流体从热流体进口管（1）流进后，分流进入支管，然后进一步分流后进入热流体换热器模块（5a），在热流体换热器模块（5a）内部通过超导液将热量传到热流体换热器模块（5a）的两个平面上，形成热端，该平面上并联或串联安放半导体温差发电片（9），形成温差发电片的高温端面，高温端面的热量通过温差发电片（9）传到低温端面，低温端面的温差发电片与冷端接触，进行散热。流过热流体换热器模块（5a）的热流体从热流体出口管（2）流出。冷流体从冷流体进口管（3）流进后，分流进入支管，然后进一步分流后进入冷流体换热器模块（5b），通过超导液在冷流体换热器模块（5b）的两个端面形成冷端。流过冷流体换热器模块（5b）的冷流体从冷流体出口管（4）流出。当通入冷热流体后，在相邻换热器模块（5）的端面就形成高温面和低温面，在半导体温差发电片（9）的两个端面形成温差，该温差即驱动温差发电片发出直流电，该电源可逆变成220V的电源使用，也可直接供负载使用或给蓄电池充电。

Claims (10)

1.一种超导液传热温差发电机，其包括热流体进口管(1)、热流体出口管(2)、冷流体进口管(3)、冷流体出口管(4)、换热器模块(5)、半导体温差发电片(9)、底座(6)及固定支架I(7)、固定支架Ⅱ(8)；

其特征在于：

所述换热器模块(5)分为内外部结构完全相同的热流体换热器模块(5a)和冷流体换热器模块(5b)；

所述一种超导液传热温差发电机的工作过程为热流体从热流体进口管(1)流进后，分流进入支管，然后进一步分流后进入热流体换热器模块(5a)，在热流体换热器模块(5a)内部通过超导液将热量传到热流体换热器模块(5a)的两个平面上，形成热端，该平面上并联或串联安放半导体温差发电片，形成温差发电片的高温端面，高温端面的热量通过温差发电片传到低温端面，低温端面的温差发电片与冷端接触，进行散热，流过热流体换热器模块(5a)的热流体从热流体出口管(2)流出，冷流体从冷流体进口管(3)流进后，分流进入支管，然后进一步分流后进入冷流体换热器模块(5b)，通过超导液传热在冷流体换热器模块(5b)的两个端面形成冷端，流过冷流体换热器模块(5b)的冷流体从冷流体出口管(4)流出；当通入冷热流体后，在相邻换热器模块(5)的端面就形成高温面和低温面，将半导体温差发电片(9)以并联或串联的方式安放在相邻换热器的端面之间，即产生温差发电，整个装置通过底座(6)及固定支架I(7)、固定支架II(8)进行固定。

2.根据权利要求1所述的一种超导液传热温差发电机，其特征在于：所述换热器模块(5)由进口管(51)、出口管(52)、平壁面(53)、平面上固定半导体温差发电片的肋(54)及充填超导液的密封口(55)组成。

3.根据权利要求2所述的一种超导液传热温差发电机，其特征在于：所述换热器模块(5)的内部结构由冷或热流体管(56)、盛装超导液的空腔(57)、加强筋(58)、平壁面(53)及充填超导液的密封口(55)组成，加强筋（58)的两端与盖板连接处留有间隙，使盛装超导液的空腔(57)形成连通体。

4.根据权利要求1所述的一种超导液传热温差发电机，其特征在于：所述换热器模块与半导体温差发电片的组装为热流体换热器模块(5a)、半导体温差发电片(9)、冷流体换热器模块(5b)依次交替排列并紧密接触，在温差发电片的两个端面形成高温端与低温端，产生温差而发电。

5.根据权利要求2所述的一种超导液传热温差发电机，其特征在于：所述换热器模块(5)为一体拉伸成型或整体浇铸成型。

6.根据权利要求1所述的一种超导液传热温差发电机，其特征在于：所述换热器模块(5)内冷或热流体管(56)内的流体，热流体为蒸汽、或烟气、或地热水、或热油，冷流体为空气、或冷水、或冷油。

7.根据权利要求1所述的一种超导液传热温差发电机，其特征在于：所述换热器模块(5)为耐腐蚀、导热率高的金属材料。

8.根据权利要求1所述的一种超导液传热温差发电机，其特征在于：所述换热器模块(5)内的超导液为ZGM介质或其它导热率高、无毒无腐蚀的传热介质。

9.根据权利要求1所述的一种超导液传热温差发电机，其特征在于：所述超导液传热温差发电机的工作温度范围为温差发电片所允许的温度范围内。

10.根据权利要求1所述的一种超导液传热温差发电机，其特征在于：所述超导液传热温差发电机可单台或多台串并联使用，发出的电能，可直接连接负载运行，也可给蓄电池充电或逆变为220V的电源供电网使用。

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