CN105162232A - 一种高地温隧道降温散热及热能转化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高地温隧道降温散热及热能转化装置，包括冷水循环降温装置、温差发电组件和蓄电用电组；温差发电组件包括温差发电冷端、温差发电热端、隔热材料、导线、硅半导体、锗半导体和导流片；温差发电组件设置在冷水箱和热水箱之间，温差发电冷端与冷水箱接触，温差发电热端与热水箱接触；隔热材料填充在温差发电冷端和温差发电热端之间；硅半导体和锗半导体与导流片连接；通过隧道里冷水在管道中的循环疏导出高温热量，改善了隧道中高地温对于隧道结构和安全的影响；冷水变成带有热量的水流入热箱中，温差发电组件在两边冷、热水箱的温差作用下产生电能，利用导线将产生的电能储存在蓄电池组中，供给用电器使用。

Description

一种高地温隧道降温散热及热能转化装置

技术领域

本发明涉及降温散热及热能转化应用技术领域，具体为一种高地温隧道降温散热及热能转化装置。

背景技术

在国民经济飞速发展的驱动下，隧道工程及其它地下工程取得了不断进步。由于水利和交通的需要，经常需要进行深埋隧道的施工，其中高地温便变成了隧道施工中迫切需要解决的问题。尤其是在我国西部很多地区，由于蕴藏丰富的地热资源，在深埋隧道隧道的施工中极易遇到高地温问题。如云南高黎贡山铁路隧道最大埋深1155m，最高地温达到了60度；新疆布仑口-公格尔水电站引水隧洞3#支洞内岩壁最高温度达到105度，空气温度达到72度；新疆齐热哈塔尔3#支洞、4#支洞内均出现高地温现象，洞内岩壁温度高达110度，空气温度高达70度。隧道内高地温的存在无疑会对洞室的稳定性和安全性带来极大的影响，需要我们很好的去处理这一问题。

目前针对隧道高地温问题的处理只是进行单一的隔热降温处理，如洒水降温、设置隔热层、冷水循环等，而都没有去很好的利用高地温这种持续不断的能量，这无疑是一种资源的浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高地温隧道降温散热及热能转化装置，进而解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高地温隧道降温散热及热能转化装置，包括冷水循环降温装置、温差发电组件和蓄电用电组；冷水循环降温装置包括抽水泵、冷水箱、循环管道、热水箱、冷却箱和散热器；温差发电组件包括温差发电冷端、温差发电热端、隔热材料、导线、硅半导体、锗半导体和导流片；蓄电用电组包括蓄电池组和用电器。

所述循环管道连接抽水泵、冷水箱、热水箱、冷却箱和散热器；温差发电组件设置在冷水箱和热水箱之间，所述温差发电冷端与冷水箱接触，所述温差发电热端与热水箱接触；所述隔热材料填充在温差发电冷端和温差发电热端之间；所述硅半导体和锗半导体与导流片连接；所述导流片设置在温差发电冷端和温差发电热端的端面上；所述蓄电池组通过导线连接温差发电组件；所述用电器通过导线连接蓄电池组。

进一步，所述冷水箱的体积大于热水箱和冷却箱的体积之和。

进一步，所述导流片为具有导电导热性的金属导体。

进一步，所述散热器设置在连接热水箱和冷却箱的循环管道中间位置。

进一步，所述用电器包括应急灯组和微型抽水泵；所述应急灯组为隧道内照明LED灯，与蓄电池组相接，并配有断电自启开关；所述微型抽水泵由蓄电池组逐一供电，协助抽水或是断电情况下作为应急抽水泵进行抽水。

进一步，所述蓄电池组由多个12V蓄电池组成，并且每个蓄电池具有充放电控制开关，当电压达到最小限定值时，开关闭合进行充电，当电压达到最高限定值时，开关断开为下一个蓄电池充电。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该高地温隧道降温散热及热能转化装置：

1.本发明的结构简单，通过冷水经循环管道的流动带出了隧道中的高地温，持续稳定的对隧道进行了降温和散热。

2.经循环管道与隧道高地温的持续加热，以及在散热器的散热功能和冷却池的二次降温下，使得温差发电组件的冷热端温差变大，而且比较稳定，整体发电效率高。

3.本发明中的温差发电组件产生的电能经过导线连接到蓄电池组，对蓄电池组进行充电，将产生的电能储存了起来，进而可供用电器工作。

4.本发明不仅对隧道高地温进行了降温散热处理，而且把疏导出的高地温热能进行了转化和利用，这种利用隧道中持续不断的高地温热能方式，值得推广。

附图说明

图1为本发明的冷水循环降温装置与温差发电组件装置示意图；

图2为本发明的温差发电组件以及蓄电用电组装置示意图；

图中：1—抽水泵；2—冷水箱；3—循环管道；4—热水箱；5—温差发电冷端；6—温差发电热端；7—隔热材料；8—导线；9—蓄电池组；10—散热器；11—冷却箱；12—硅半导体；13—锗半导体；14—导流片；15—用电器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种高地温隧道降温散热及热能转化装置，包括冷水循环降温装置、温差发电组件和蓄电用电组；冷水循环降温装置包括抽水泵1、冷水箱2、循环管道3、热水箱4、冷却箱11和散热器10；温差发电组件包括温差发电冷端5、温差发电热端6、隔热材料7、导线8、硅半导体12、锗半导体13和导流片14；蓄电用电组包括蓄电池组9和用电器15。

所述循环管道3连接抽水泵1、冷水箱2、热水箱4、冷却箱11和散热器10；温差发电组件设置在冷水箱2和热水箱4之间，所述温差发电冷端5与冷水箱2接触，所述温差发电热端6与热水箱4接触；所述隔热材料7填充在温差发电冷端5和温差发电热端6之间；所述硅半导体12和锗半导体13与导流片14连接；所述导流片14设置在温差发电冷端5和温差发电热端6的端面上；所述蓄电池组9通过导线8连接温差发电组件；所述用电器15通过导线连接蓄电池组9。

进一步，所述冷水箱2的体积大于热水箱4和冷却箱11的体积之和。

进一步，所述导流片14为具有导电导热性的金属导体。

进一步，所述散热器10设置在连接热水箱4和冷却箱11的循环管道3中间位置。

进一步，所述用电器15包括应急灯组和微型抽水泵；所述应急灯组为隧道内照明LED灯，与蓄电池组9相接，并配有断电自启开关；所述微型抽水泵由蓄电池组9逐一供电，协助抽水或是断电情况下作为应急抽水泵进行抽水。

进一步，所述蓄电池组9由多个12V蓄电池组成，并且每个蓄电池具有充放电控制开关，当电压达到最小限定值时，开关闭合进行充电，当电压达到最高限定值时，开关断开为下一个蓄电池充电。

工作原理：抽水泵1将冷水箱2中的冷水泵入循环管道3中进入隧道中，并将隧道中的热量进行热接触交换变成高热量的水流入热水箱4中。在冷水箱2与热水箱4的中间放置温差发电组件，在冷热温差作用下产生电能并对蓄电池组9进行充电，可供用电器15工作。同时，热水箱4中的热水经散热器10流入冷却箱11中，冷却箱11中的水再经循环管道3流入冷水箱2中，实现了水的循环利用。

本实施例中，所述高地温隧道中的岩壁温度应在60℃以上，即T≧60℃时具有较好的转化利用效率。

本实施例中，所述抽水泵1分两种，一种为接交流电的正常型号抽水泵，用于对冷水的启动抽取和正常运作，另一种为微型抽水泵，蓄电池充满后可接通微型抽水泵，可协助抽水或是断电情况下作为应急抽水泵进行抽水。

本实施例中，所述循环管道3中深入隧道里的管道为涂有吸热材料导热性好的钢管。

本实施例中，所述循环管道3中深入隧道里的管道应布置在隧道内高地温持续地段的岩壁两侧和隧道底侧。

本实施例中，所述循环管道3中深入隧道里的管道采用U形管道排布，水顺着管道从岩壁上方缓缓流到底侧，最终流进热水箱4。

本实施例中，所述循环管道3中布置在岩壁两侧的管道通过隧道初衬中的锚杆进行焊接固定。

本实施例中，所述热水箱4在一定高度h1开一小孔连接管道通向散热器。

本实施例中，所述温差发电组件根据两边温差及发电效率制作多个输出电压为12-15V发电组，以便为蓄电池组9充电。

本实施例中，所述隔热材料7应充填满温差发电冷端5与温差发电热端6的中间空隙部分。

本实施例中，所述蓄电池组9是由多个常见的12V蓄电池组成，并且每个蓄电池具有充放电控制开关，当电压达到最小限定值时，开关闭合进行充电，当电压达到最高限定值时，开关断开为下一个蓄电池充电。

本发明在使用时，一方面，抽水泵1从冷水箱2中将冷水泵入循环管道3内进入隧道中，冷水经由与隧道岩壁高地温的热接触变成热水流入到热水箱4中，将温差发电组件放置到冷水箱2和热水箱4的中间，温差发电冷端5与冷水箱2接触，温差发电热端6与热水箱4接触，温差发电冷端5与温差发电热端6的中间部分充满隔热材料7，由于填充有隔热材料7的存在而始终存在较大的温差，使温差发电组件自身能够利用该温差进行发电。硅半导体12和锗半导体13通过温差发电冷端5与温差发电热端6在两边冷热温差的作用下产生电能，并在温差发电组件两端引出导线8接入蓄电池组9，对蓄电池组9进行充电，可供用电器15工作。

另一方面，热水箱4中的水经循环管道3流至散热器10进行降温散热，并继续流至冷却箱11进行冷却降温，冷却箱11达到一定高度的水量后便流入冷水箱2中继续下一次循环。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种高地温隧道降温散热及热能转化装置，包括冷水循环降温装置、温差发电组件和蓄电用电组；冷水循环降温装置包括抽水泵、冷水箱、循环管道、热水箱、冷却箱和散热器；温差发电组件包括温差发电冷端、温差发电热端、隔热材料、导线、硅半导体、锗半导体和导流片；蓄电用电组包括蓄电池组和用电器；其特征在于：

所述循环管道连接抽水泵、冷水箱、热水箱、冷却箱和散热器；温差发电组件设置在冷水箱和热水箱之间，所述温差发电冷端与冷水箱接触，所述温差发电热端与热水箱接触；所述隔热材料填充在温差发电冷端和温差发电热端之间；所述硅半导体和锗半导体与导流片连接；所述导流片设置在温差发电冷端和温差发电热端的端面上；所述蓄电池组通过导线连接温差发电组件；所述用电器通过导线连接蓄电池组。

2.根据权利要求1所述的一种高地温隧道降温散热及热能转化装置，其特征在于：所述冷水箱的体积大于热水箱和冷却箱的体积之和。

3.根据权利要求1所述的一种高地温隧道降温散热及热能转化装置，其特征在于：所述导流片为具有导电导热性的金属导体。

4.根据权利要求1所述的一种高地温隧道降温散热及热能转化装置，其特征在于：所述散热器设置在连接热水箱和冷却箱的循环管道中间位置。

5.根据权利要求1所述的一种高地温隧道降温散热及热能转化装置，其特征在于：所述用电器包括应急灯组和微型抽水泵；所述应急灯组为隧道内照明LED灯，与蓄电池组相接，并配有断电自启开关；所述微型抽水泵由蓄电池组逐一供电，协助抽水或是断电情况下作为应急抽水泵进行抽水。

6.根据权利要求1所述的一种高地温隧道降温散热及热能转化装置，其特征在于：所述蓄电池组由多个12V蓄电池组成，并且每个蓄电池具有充放电控制开关，当电压达到最小限定值时，开关闭合进行充电，当电压达到最高限定值时，开关断开为下一个蓄电池充电。