CN103501133A

CN103501133A - 基于相变控温的低品质热源温差发电系统

Info

Publication number: CN103501133A
Application number: CN201310468848.2A
Authority: CN
Inventors: 韩永强; 张文杰; 田径; 刘忠长; 张龙平; 段联超; 康见见; 姜福仁
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2013-10-10
Filing date: 2013-10-10
Publication date: 2014-01-08

Abstract

基于相变控温的低品质热源温差发电系统属于能源技术领域，本发明主要包括：相变率传感器、低品质热源、温差发电箱、集电极、电能储存器、控制阀、温差发电片组、相变储能室、强化导热装置、相变材料温度传感器、控制器、低品质热源温度传感器、温差发电片；其中控制器通过接收相变率传感器、相变材料温度传感器和低品质热源温度传感器传来的温度信号对控制阀实施控制，使相变材料的温度可控；本发明利用控制器对控制阀的控制可以保证在低品质热源温度变化的情况下，相变材料能保持一个可控的温度，同时在温差发电片组热源侧的相变储能室上连接强化导热装置，可以使相变材料向温差发电片组快速的放热，最大效率的利用低品质热源中的能量。

Description

基于相变控温的低品质热源温差发电系统

技术领域

本发明涉及一种基于相变控温的低品质热源温差发电系统，属于能源技术领域，更具体的涉及的是一种利用低品质热源为热源的控温温差发电装置。

背景技术

在当今能源短缺及环境污染的急剧恶化的情况下，人们将研究的重点集中在能源的高效利用和能源的绿色环保上来。随着科技的进步，温差发电器由于其具有工作寿命长、结构简单、性能可靠等特点在此成为人们研究的热点。为了进一步提高温差发电器的效率，经研究得出保持恒定的高低温热源可以有效的改善温差发电器的效率。为保证温差发电器有可控的高温热源，将相变材料加以利用。结合各种因素，固液相变材料是现今使用最多的材料，但是这种材料由于其存在相分离的现象会使热量很难快速的从相变材料传送到温差发电片组上而降低了温差发电器的效率。同时，由于低品质热源排气中含有大量的能量，这导致能源的浪费，如何提高低品质热源排气能量的利用率成为当今研究的一个热门话题。

发明内容

本发明的目的是为了提高低品质热源中能量的利用率，提出了一种基于相变控温的低品质热源温差发电系统，该系统通过温差发电器将热能直接转化成电能储存在电能储存器里来加以再利用。为了保证温差发电器能够在可控的高热源下工作，本发明在温差发电片组热源侧的相变材料外壳的相变材料侧装有强化导热装置来解决因固液相变材料的相分离的现象使得热源不能快速的向温差发电片放热而导致热电转化效率的降低的问题，提高温差发电器的效率进而提高低品质热源中能量的利用率。

本发明由相变率传感器（1），低品质热源（2），低品质热源引入管（3），温差发电箱（4），集电极（5），电能储存器（6）,冷却介质流通管（7），低品质热源输出管（8），控制阀（9），冷却室（10），温差发电片组（11），相变储能室（12），低品质热源供热室（13），保温层（14），相变材料外壳（15），强化导热装置（16），相变材料温度传感器（17），控制器（18），低品质热源温度传感器（19），温差发电片（20），相变材料（21），冷却介质流通支管（22），低品质热源引入支管（23）构成；其中温差发电箱（4）的两端分别与冷却介质流通管（7）以及与低品质热源引入管（3）相连接，温差发电箱（4）发出的电通过集电极（5）存入电能储存器（6）中。

所述温差发电片组（11）一端与相变储能室（12）接触，另一端与冷却室（10）接触，相变储能室（12）的另一端与低品质热源供热室（13）接触，低品质热源供热室（13）的另一端与保温层（14）相接触，温差发电片组（11）通过电线经过集电极（5）与电能储存器（6）连接。

　　所述相变率传感器（1）和相变材料温度传感器（17）安装在相变储能室（12）上，低品质热源温度传感器（19）安装在低品质热源输出管（8）上，它们将采集到的信号传送给控制器（18），控制器（18）进过计算处理将控制信号传送给控制阀（9），控制阀（9）通过控制流入低品质热源引入管（3）的低品质热源的流量来保证可控的高温热源。

　　所述相变储能室（12）靠温差发电片组（11）热源侧的表面上连接有强化导热装置（16），其连接在相变材料侧的相变材料外壳（15）上，强化导热装置（16）嵌入相变材料（21）内部，也可以贯穿相变储能室（12）直至低品质热源供热室（13）内部，使得相变材料（21）可以快速的向温差发电片组（11）放出热量来保证控温发电。

本发明的有益效果：

　　（1）提高温差发电器的效率，通过在与温差发电片组热源侧的相变材料外壳上连接在相变材料侧的强化导热装置，使相变材料中的热量可以快速的传到温差发电片组上而保证其控温发电，因此来提高温差发电器的效率。

　　（2）有利于低品质热源中能量利用率的改善，通过以低品质热源作为温差发电器的高温热源，并且通过控制器接收相变率传感器、相变材料温度传感器以及低品质热源温度传感器采集的信号，同时结合初期在控制器内设定的相变材料的目标温度来对控制阀进行控制，通过改变流入低品质热源引入管中低品质热源的流量来确保相变材料能够为温差发电片组提供一个可控的温度，最终使得低品质热源中的能量最大效率的转化为电能加以再次利用。

附图说明

　　图1为本发明的结构示意图。

　　其中：1为相变率传感器、2为低品质热源、3为低品质热源引入管、4为温差发电箱、5为集电极、6为电能储存器、7为冷却介质流通管、8为低品质热源输出管、9为控制阀、17为相变材料温度传感器、18为控制器和19为低品质热源温度传感器。

图2为温差发电箱的外形图。

　　其中：3为低品质热源引入管、4为温差发电箱，5为集电极和7为冷却介质流通管。

图3为温差发电箱内部结构侧面图。

其中：3为低品质热源引入管、4为温差发电箱、7为冷却介质流通管、10为冷却室、11为温差发电片组、12为相变储能室、13为低品质热源供热室、14保温层、22为冷却介质流通支管和23为低品质热源引入支管。

　　图4为温差发电箱横向图。

其中： 4为温差发电箱、10为冷却室、11为温差发电片组、12为相变储能室、13为低品质热源供热室、14为保温层、22为冷却介质流通支管和23为低品质热源引入支管。

　　图5为温差发电箱中间截面示意图。

其中：1为相变率传感器、10为冷却室、13为低品质热源供热室、14为保温层、15为相变材料外壳、16为强化导热装置、17为相变材料温度传感器、20为温差发电片和21相变材料。

具体实施方式

本发明由相变率传感器（1），低品质热源（2），低品质热源引入管（3），温差发电箱（4），集电极（5），电能储存器（6）,冷却介质流通管（7），低品质热源输出管（8），控制阀（9），冷却室（10），温差发电片组（11），相变储能室（12），低品质热源供热室（13），保温层（14），相变材料外壳（15），强化导热装置（16），相变材料温度传感器（17），控制器（18），低品质热源温度传感器（19），温差发电片（20），相变材料（21），冷却介质流通支管（22），低品质热源引入支管（23）；其中温差发电箱（4）的两端分别与冷却介质流通管（7）以及与低品质热源引入管（3）相连接，温差发电箱（4）发出的电通过集电极（5）存入电能储存器（6）中。

下面参照附图并结合实例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，低品质热源经过低品质热源输出管（8）、低品质热源引入管（3）流入温差发电箱（4），为温差发电片组（11）提供高温热源；冷却介质经过冷却介质流通管（7）流入温差发电箱（4），为温差发电片组（11）提供低温热源。由于低品质热源的温度在不断地发生变化，为了保证温差发电器能够控温发电，控制器（18）通过接收相变材料温度传感器（17）和相变率传感器（1）以及低品质热源温度传感器（19）采集的信号，再根据初期控制器内部存放的目标温度，经过计算处理来控制控制阀（9），通过控制流入低品质热源引入管（3）中的低品质热源的流量的多少来保证温差发电箱（4）可控的高温热源。冷却介质可以是水或者空气等介质，来为温差发电箱（4）提供低温热源。两者之间形成一个温度差来使温差发电箱（4）进行控温发电，温差发电箱（4）发出的电通过电线经集电极（5）储存在电能储存器（6）中。

如图3所示，温差发电箱（4）中，低品质热源经过低品质热源引入支管（23）流入低品质热源供热室（13）中，低品质热源供热室（13）中的低品质热源将热量传递到相变储能室（12）中储存起来，相变储能室（12）再将热量传送到温差发电片组（11）上为其提供可控的高温热源。低品质热源供热室（13）的另一面加有保温层（14），防止热量散失浪费。冷却介质经过冷却介质流通支管（22）流入到冷却室（10）中，在冷却室（10）中，通过冷却介质与温差发电片组（11）进行热交换来为温差发电片组（11）提供低温热源。

如图5所示，相变储能室（12）靠温差发电片组热源侧的表面上连接有强化导热装置（16），其连接在相变材料侧的相变材料外壳（15）上，强化导热装置嵌入相变材料（23）内部，也可以贯穿整个相变储能室（12）伸入到低品质热源供热室内部，来解决因相变材料的相分离现象而导致的不能向温差发电片组快速放热的问题。

本发明中所涉及的一些概念有如下解释：

低品质热源包括：内燃机尾气、钢铁企业的一些工序所产生的余热蒸汽、工业窑炉产生的低温烟气、地热等。

冷却工质包括：水、空气和其他冷却介质等。

强化导热装置包括：各种导热率较高的材料以及一些组合装置等。

相变材料包括：单一相变材料、几种相变材料组合而成的相变材料和添加导热剂的相变材料等。

温差发电箱可以有只有一个温差发电片组、几个温差发电片组串联在一起、几个温差发电片组并联在一起和既有串联又有并联的结构等。

相变率传感器可以是力、温度、电导率、距离、密度等类型的传感器。

Claims

1.一种基于相变控温的低品质热源温差发电系统，其特征在于由相变率传感器（1），低品质热源（2），低品质热源引入管（3），温差发电箱（4），集电极（5），电能储存器（6）,冷却介质流通管（7），低品质热源输出总管（8），控制阀（9），冷却室（10），温差发电片组（11），相变储能室（12），低品质热源供热室（13），保温层（14），相变材料外壳（15），强化导热装置（16），相变材料温度传感器（17），控制器（18），低品质热源温度传感器（19），温差发电片（20），相变材料（21），冷却介质流通支管（22），低品质热源引入支管（23）构成；其中温差发电箱（4）的两端分别与冷却介质流通管（7）以及与低品质热源引入管（3）相连接，温差发电箱（4）发出的电通过电线存入电能储存器（6）中；控制器（18）分别接收相变率传感器（1）、相变材料温度传感器（17）、低品质热源温度传感器（19）的信号，并通过输出信号来控制控制阀（9）；温差发电片组（11）一端与相变储能室（12）接触，另一端与冷却室（10）接触，相变储能室（12）的另一端与低品质热源供热室（13）接触，低品质热源供热室(13)的另一端与保温层（14）相接触，温差发电片组（11）通过电线与集电极（5）连接，集电极（5）再通过电线与电能储存器（6）连接。

2.根据权利要求１所述的一种基于相变控温的低品质热源温差发电系统，其特征在于：相变率传感器（1）和相变材料温度传感器（17）安装在相变储能室（12）上，感应部分置于相变储能室（12）内，低品质热源温度传感器（19）安装在低品质热源输出总管上，它们将采集到的信号传送给控制器（18）进而控制控制阀（9）。

3.根据权利要求１所述的一种基于相变控温的低品质热源温差发电系统，其特征在于：相变储能室（12）靠温差发电片组（11）热源侧的表面上连接有强化导热装置（16），其连接在相变材料侧的相变材料外壳（15）上，强化导热装置（16）嵌入相变材料（21）内部，也可以贯穿相变储能室（12）直至低品质热源供热室（13）内部，使得相变材料（21）可以快速的向温差发电片组（11）放出热量来保证控温发电。