CN103414390A - 一种通用温差发电模组 - Google Patents

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汪若尘
朱静
叶青
谢建
陈龙
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Abstract

本发明公开了一种通用温差发电模组，包括集热陶瓷外管、水冷陶瓷内管、铜箔、PN结、紧定箍、导线、接头，水冷陶瓷内管同轴设置在集热陶瓷外管内，内通冷却液体，铜箔覆合在集热陶瓷外管内表面和水冷陶瓷内管外表面上，PN结的热端与集热陶瓷外管内表面的铜箔连接，冷端与水冷陶瓷内管外表面的铜箔连接。当热流质管道中有热流质通过时，外管吸收热流质热量温度升高，内管在冷却水的作用下温度下降，致使PN结的热端和冷端出现温差，从而产生电流发电。本发明具有结构简单紧凑、模块化程度高，安装使用方便，应用场合广泛的特点。另外，利用温差发电，可充分利用汽车废气、锅炉废汽中蕴含的热量发电，减小了能量的损失，提高了能源利用率。

Description

一种通用温差发电模组
技术领域
本发明涉及一种发电模组，特别涉及一种通用温差发电模组。 
背景技术
温差发电是将余热废热等低品位能源转换为电能的有效方式，近年来得到世界许多国家的高度重视和大量投入，如日本利用这项技术建立了500W级的垃圾燃烧余热发电示范系统，已取得了良好的实际效果。美国公司也已开发了多种热电发电系统，且均已投入使用，如在大型货运卡车上安装1000W级的废热发电系统为汽车提供辅助电源等。车用发动机余热温差发电技术近几年来发展很快，转换规模可在数百瓦至几千瓦之间。其中，日本Nissan汽车公司研究中心研制的一种排气温差发电器可以回收11%的热量，西班牙研制的排气温差发电器可以收37%的热量。美国Hi-Z公司在能源部资助下进行的柴油机载重车排气余热温差发电研究在台架和道路实验中得到2000-4000W的功率。俄罗斯联邦科学中心物理与能源工程研究所进行的高寒区载重发动机直接发电的研究产生了600W的电能。
国内也开展了对利用温差发电的相关研究，但从已报道的研究成果开看，目前该技术仍然处于一个初级阶段，市场上尚没有一个成熟的商业化产品出现，更没有一个高通用性的模块化的商业化产品。然而汽车废气及锅炉蒸汽等热流质中蕴含的能量巨大，如汽车废气带走的能量占消耗的燃料总能量的30%-40%，若将这些能量的10%利用起来，定会带来良好的社会效益和可观的经济效益。 
发明内容
针对现有技术中温差发电技术存在的上述问题，本发明提供一种应用温差发电技术，利用汽车废气及锅炉蒸汽等热流质余热发电，从而提高能源转换效率的通用温差发电装置。 
本发明的技术方案是：
一种通用温差发电模组，包括集热陶瓷外管、水冷陶瓷内管、铜箔、PN结、紧定箍、导线、接头，所述水冷陶瓷内管同轴设置在集热陶瓷外管内，内通冷却液体，所述铜箔覆合在集热陶瓷外管内表面和水冷陶瓷内管外表面上，覆合了铜箔的集热陶瓷外管称为外管组件，覆合了铜箔的水冷陶瓷内管称为内管组件，所述PN结的热端与集热陶瓷外管内表面的铜箔连接，其冷端与水冷陶瓷内管外表面的铜箔连接，所述紧定箍分别扣在集热陶瓷外管的两端，紧定箍锁紧时能使集热陶瓷外管收缩，从而使外管组件、PN结及内管组件之间牢固紧密接触，所述导线从铜箔引出，用于引出PN结上产生的电流，所述接头安装在水冷陶瓷内管的两端。
作为本发明的进一步改进，该通用温差发电模组还包括填充于集热陶瓷外管和水冷陶瓷内管两端的间隙中以及集热陶瓷外管的开口中，起隔热作用的衬垫。
作为本发明的进一步改进，该通用温差发电模组还包括安装在集热陶瓷外管两端的端盖。
作为本发明的进一步改进，所述PN结的连接方式为串联加并联，即在沿通用温差发电模组的轴线方向上为串联，沿通用温差发电模组的周向上为并联。
作为本发明的进一步改进，所述集热陶瓷外管的外侧面设有翼状的吸热翼片，且外侧面的轴向上开设有用于吸收热胀冷缩变形量的凹槽。
作为本发明的进一步改进，所述集热陶瓷外管截面呈环状，内侧面为方便覆合铜箔的等边多边形；所述水冷陶瓷内管截面呈环状，外侧面为方便覆合铜箔的、与集热陶瓷外管内侧面对应一致的等边多边形。 
作为本发明的进一步改进，所述集热陶瓷外管的吸热翼片上均匀地涂有用于提高集热陶瓷外管吸热效率的吸热涂层。
本发明的有益效果是：
本发明一种通用温差发电模组具有结构简单紧凑、模块化程度高，安装使用方便，应用场合广泛的特点。另外，利用温差发电，可充分利用汽车废气、锅炉废汽中蕴含的热量发电，减小了能量的损失，提高了能源利用率。
附图说明
图1是本发明通用温差发电模组的整体结构示意图；
图2 是图1中A部分的放大结构图；
图3是本发明通用温差发电模组的应用示意图；
图4是本发明通用温差发电模组的横截面图；
图5 是图4中B部分的放大结构图。
图中：1、集热陶瓷外管；2、水冷陶瓷内管；3、铜箔；4、PN结；5、紧定箍；6、端盖；7、导线；8、接头；9、衬垫；10、热流质管道；11、吸热翼片。 
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明一种通用温差发电模组的整体结构如图1和图2所示，其剖面结构如图4和图5所示，其应用状态如图3所示。该通用温差发电模组包括集热陶瓷外管1、水冷陶瓷内管2、铜箔3、PN结4、紧定箍5、端盖6、导线7、接头8、衬垫9。水冷陶瓷内管2同轴设置在集热陶瓷外管1内，内通冷却水；铜箔3通过DBC技术覆合在集热陶瓷外管1内表面及水冷陶瓷内管2外表面上，覆合了铜箔3的集热陶瓷外管1称为外管组件，覆合了铜箔3的水冷陶瓷内管2称为内管组件；PN结4的热端与集热陶瓷外管1内表面的铜箔3连接，冷端与水冷陶瓷内管2外表面的铜箔3连接；紧定箍5分别扣在集热陶瓷外管1的两端，紧定箍5锁紧时能使集热陶瓷外管1稍微收缩，从而使外管组件、PN结4及内管组件之间的接触牢固可靠；导线7将PN结4上产生的电流引出；衬垫9填充于集热陶瓷外管1和水冷陶瓷内管2两端的间隙中，以及集热陶瓷外管1的开口中，起隔热作用。
集热陶瓷外管1截面呈带一开口的环状，外侧面有翼状的吸热翼片11，内侧面为等边多边形，方便覆合铜箔3。集热陶瓷外管1的外侧面上轴向上开有均布的一定深度的槽，以吸收热胀冷缩的变形量。集热陶瓷外管1的吸热翼片11上均匀的涂有吸热涂层，以提高集热陶瓷外管的吸热效率。水冷陶瓷内管2，截面呈环状，内侧面为圆形，外侧面为与集热陶瓷外管1内侧面对应一致的等边多边形，方便覆合铜箔3。
PN结4的连接方式为串联加并联。在沿通用温差发电模组的轴线方向上为串联，沿通用温差发电模组的周向为并联。
当热流质管道10中有热流质通过时，集热陶瓷外管1吸收热流质的部分热量，温度升高，水冷陶瓷内管2在冷却水的作用下温度下降，因此内管和外管间产生温度差，在热传递的作用下 PN结4的热端和冷端也出现温差，从而产生电流发电。
本发明的工作原理为：通用温差发电模组安装在热流质通过的管道中，如汽车排气管蒸汽管道及热油管道等，模组轴线垂直于热流质管道10轴线。集热陶瓷外管1与水冷陶瓷内管2同轴安装，水冷陶瓷内管2中内通冷却水。PN结4安装在集热陶瓷外管1与水冷陶瓷内管2之间，PN结4的热端和冷端分别通过铜箔3与集热陶瓷外管1与水冷陶瓷内管2连接。当热流质管道中有热流质通过时，集热陶瓷外管1吸收热流质的部分热量，温度升高，水冷陶瓷内管2在冷却水的作用下温度下降，因此集热陶瓷外管1与水冷陶瓷内管2间产生温度差，在热传递的作用下 PN结4的热端和冷端也出现温差，从而产生电流发电，电流最终通过导线7引出。
本发明的通用温差发电模组具有结构简单紧凑、模块化程度高，安装使用方便，应用场合广泛的特点。另外，利用温差发电，可充分汽车废气、锅炉废汽中蕴含的热量发电，减小了能量的损失，提高了能源利用率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种通用温差发电模组，其特征在于：包括集热陶瓷外管（1）、水冷陶瓷内管（2）、铜箔（3）、PN结（4）、紧定箍（5）、导线（7）、接头（8），所述水冷陶瓷内管（2）同轴设置在集热陶瓷外管内（1），内通冷却液体，所述铜箔（3）覆合在集热陶瓷外管（1）内表面和水冷陶瓷内管（2）外表面上，覆合了铜箔（3）的集热陶瓷外管（1）称为外管组件，覆合了铜箔（3）的水冷陶瓷内管（2）称为内管组件，所述PN结（4）的热端与集热陶瓷外管（1）内表面的铜箔（3）连接，其冷端与水冷陶瓷内管（2）外表面的铜箔（3）连接，所述紧定箍（5）分别扣在集热陶瓷外管（1）的两端，紧定箍（5）锁紧时能使集热陶瓷外管（1）收缩，从而使外管组件、PN结（4）及内管组件之间牢固紧密接触，所述导线（7）从铜箔（3）引出，用于引出PN结（4）上产生的电流，所述接头（8）安装在水冷陶瓷内管（2）的两端。
2.根据权利要求1所述的一种通用温差发电模组，其特征在于：还包括填充于集热陶瓷外管（1）和水冷陶瓷内管（2）两端的间隙中以及集热陶瓷外管的开口中，起隔热作用的衬垫（9）。
3.根据权利要求1所述的一种通用温差发电模组，其特征在于：还包括安装在集热陶瓷外管（1）两端的端盖（6）。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的一种通用温差发电模组，其特征在于：所述PN结（4）的连接方式为串联加并联，即在沿通用温差发电模组的轴线方向上为串联，沿通用温差发电模组的周向上为并联。
5.根据权利要求1至3中任意一项所述的一种通用温差发电模组，其特征在于：所述集热陶瓷外管（1）的外侧面设有翼状的吸热翼片（11），且外侧面的轴向上开设有用于吸收热胀冷缩变形量的凹槽。
6.根据权利要求1至3中任意一项所述的一种通用温差发电模组，其特征在于：所述集热陶瓷外管（1）截面呈环状，内侧面为方便覆合铜箔的等边多边形；所述水冷陶瓷内管（2）截面呈环状，外侧面为方便覆合铜箔（3）的、与集热陶瓷外管（1）内侧面对应一致的等边多边形。
7.根据权利要求5所述的一种通用温差发电模组，其特征在于：所述集热陶瓷外管（1）的吸热翼片（11）上均匀地涂有用于提高集热陶瓷外管（1）吸热效率的吸热涂层。
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