CN107040167A - 一种用于水下的温差发电模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于水下的温差发电模块，它包括：外壳、盖板、柔性金属薄膜及抽真空部件，本模块在水下热液环境条件下，利用热液和冷水间存在的温差，通过温差发电片将温差能高效地转换为电能，采用柔性金属薄膜抽真空设计可以使柔性金属薄膜紧贴在温差发电片上，并结合自制的抽真空部件，可最大程度地将模块内部残余气体排干净，使柔性金属薄膜与温差发电片间的贴合更紧密，极大减小了发电过程中的热阻；本发明采用扁平的外壳设计，使温差发电片可在凹槽内部纵向延伸布置，不仅使安装过程更加简洁方便，水下密封效果更可靠，也能获得良好的耐压和热传递效果，热液热能利用率高。

Description

一种用于水下的温差发电模块

技术领域

本发明涉及一种温差发电模块，具体说是涉及一种用于水下热液口的温差发电模块，该模块可以高效地利用热液与周围冷水的温差能来进行发电。

背景技术

地球在持续不断地以各种形式由内向外地进行着热传递。地壳热流是衡量地球热量散失的一个指标，在上个世纪的70—80年代曾经有广泛的海底热流调查，调差结果表明，全球的平均地壳热流值约为60MW/m2，海底地壳的热流值稍高于陆地的地壳热流值，板块扩张边界的热流值高于板块聚敛边界的热流值。存在热液活动的地区是地壳表面强烈热散失的区域，地壳热流值应该远远高于平均值。现代海底热液活动是普遍发育于大洋中的活动板块的边界及板块内部的火山活动中心的一种在岩石圈和大洋之间进行的能量和物质交换的过程。其突出的表象是高温的热液从海底流出。热液温度高达400℃，而周围的海水只有2—4℃，两者间存在巨大的温差能。

然而目前这一热量尚没有得到较好的采集和利用。以前，这种水下热液温差装置，正如CN103944452A号记载的那样，并没有直接利用热液的能量，而是通过热管来实现热量转换，效率低。且使用装置时，需要将其插入水下热液口，易造成热液喷口堵塞，甚至停止喷发，破坏原有的生态环境。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种可以高效地利用水下热液温差能进行发电的模块。

本发明的一种用于水下的温差发电模块，它包括：外壳、盖板、柔性金属薄膜及抽真空部件，所述的外壳上设有用于安放温差发电片的凹槽，盖板上开有与上述凹槽相匹配的通槽，通槽上方盖有柔性金属薄膜，柔性金属薄膜边缘与盖板焊接，盖板与外壳通过全氟O型圈及螺钉密封紧固，在外壳上位于全氟O型圈范围内部开有抽真空孔及水密线孔，水密线孔上堵有水密线堵头，在外壳凹槽背部设有若干散热翅片；

所述的抽真空部件连接抽真空孔用于将盖板1与外壳6形成的空间抽真空，包括一端封闭的罩体、螺钉状的堵头、拧杆，所述的堵头与抽真空孔通过螺纹连接，堵头上开有竖直盲孔及水平通孔，竖直盲孔与水平通孔连通，水平通孔开设于堵头的退刀槽位置，所述的罩体罩在堵头外侧并可与外壳通过螺纹及O型圈密封连接，拧杆一端为套筒用于与堵头的端部配合，另一端穿过罩体并通过O型圈密封，罩体上开有用于连接抽真空设备的侧孔，当堵头被完全拧入抽真空孔时，其通过全氟O型圈与外壳密封，此时柔性金属薄膜与温差发电片热端表面紧贴。

上述技术方案中，所述的柔性金属薄膜采用钛、镀层铜、不锈钢、或镀层铝合金制成。

所述的柔性金属薄膜厚度为0.1毫米到0.2毫米。

本发明的有益效果在于：

本发明提供了一种用于水下的温差发电模块，在水下热液环境条件下可以利用热液和冷水间存在的温差，将温差能高效地转换为电能，从而为研究水下温差能的利用提供了可能；

本发明采用独特的柔性金属薄膜抽真空设计可以使柔性金属薄膜紧贴在温差发电片上，消除了两者间的间隙，在满足水底抗压的同时可极大地减小发电过程中的热阻；采用独特设计的抽真空部件，可最大程度地将模块内部残余气体排干净，使柔性金属薄膜与温差发电片间的贴合更紧密，还可以尽量减小由空气对流引起的热量损失。

此外，采用带翅片的外壳设计增大了温差片冷端的散热面积，降低了冷端温度，提高了冷热两端的温差；温差发电片均匀的纵向延伸布置和扁平的外壳设计不仅使安装过程更加简洁方便，水下密封效果更可靠，也能获得良好的耐压和热传递效果。

本发明的水下热液口温差能发电模块热量传递过程短，传热热阻小，热能利用率高，且结构简单小巧，易集成组合，使用十分方便。

附图说明

图1是本发明一种用于水下的温差发电模块的结构示意图。

图2是本发明一种用于水下的温差发电模块的俯视图。

图3是本发明的抽真空部件的结构示意图。

其中包括：

1盖板 2柔性金属薄膜 3温差发电片 4全氟O型圈

5螺钉 6外壳 6-1翅片 6-2抽真空孔 6-3水密线孔

7抽真空部件 7-1堵头 7-2罩体 7-3拧杆

7-4抽真空设备连接孔 8水密线堵头 9水密线。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明。

参照图1，本发明用于水下的温差发电模块，它包括：外壳6、盖板1、柔性金属薄膜2及抽真空部件7，所述的外壳6上设有用于安放温差发电片3的凹槽，盖板1上开有与上述凹槽相匹配的通槽，柔性金属薄膜2盖于通槽上方，边缘与盖板1焊接，盖板1与外壳6通过全氟O型圈4及螺钉5密封紧固，在外壳6上位于全氟O型圈4范围内部开有抽真空孔6-2及水密线孔6-3，水密线孔6-3上堵有水密线堵头8，在外壳6凹槽背部设有若干散热翅片6-1；

参照图2，所述的抽真空部件连接抽真空孔6-2用于将盖板1与外壳6形成的空间抽真空，包括一端封闭的罩体7-2、螺钉状的堵头7-1、拧杆7-3，所述的堵头7-1与抽真空孔6-2通过螺纹连接，堵头7-1上开有竖直盲孔及水平通孔，竖直盲孔与水平通孔连通，水平通孔开设于堵头7-1的退刀槽位置，所述的罩体7-2罩在堵头7-1外侧并可与外壳6通过螺纹及O型圈密封连接，拧杆7-3一端为套筒用于与堵头7-1的端部配合，另一端穿过罩体7-2并通过O型圈密封，罩体7-2上开有用于连接抽真空设备的侧孔7-4，当堵头被完全拧入抽真空孔6-2时，其通过全氟O型圈与外壳密封，此时柔性金属薄膜2与温差发电片3热端表面紧贴。

所述的柔性金属薄膜2可以采用钛、镀层铜、不锈钢、或镀层铝合金制成。

所述的柔性金属薄膜2厚度通常为0.1毫米到0.2毫米。

本模块在水下热液环境条件下，利用热液和冷水间存在的温差，通过温差发电片将温差能高效地转换为电能，采用柔性金属薄膜抽真空设计可以使柔性金属薄膜紧贴在温差发电片上，并结合自制的结构独特的抽真空部件，可最大程度地将模块内部残余气体排干净，使柔性金属薄膜与温差发电片间的贴合更紧密，极大减小了发电过程中的热阻；本发明采用扁平的外壳设计，使若干温差发电片可在凹槽内部纵向延伸布置，不仅使安装过程更加简洁方便，水下密封效果更可靠，也能获得良好的耐压和热传递效果，热液热能利用率高。

应用上述的模块进行水下温差能发电的方法，具体包括如下步骤：

1)在模块工作前，将抽真空部件安装在模块上，罩体与外壳间固定并密封，堵头放置在抽真空孔，但先不拧入，抽真空设备与罩体的侧孔连接。启动抽真空设备，当柔性金属薄膜完全紧贴在温差发电片上后，通过拧杆将堵头拧入抽真空孔，利用堵头退刀槽处的十字型排气孔将间隙中的气体彻底排干净，并通过O型圈对抽真空孔进行密封。最后关闭抽真空设备，取下罩体和拧杆。

2)使用时，将柔性金属薄膜一面朝向热液口，散热翅片一面朝向冷水。工作时，热液从柔性金属薄膜壁面流过，热液的热量通过柔性金属薄膜传递到温差发电片的热端，热量的整个传递过程为热液→柔性金属薄膜→温差发电片热端→温差发电片冷端→外壳内表面→外壳外表面及翅片→外围冷水，温差发电片利用赛贝克效应，将其冷热两端的温差能转换为电能。此过程中，热量的传递过程短，传热热阻小，抽真空的柔性金属薄膜使得温差发电片的热端温度更高，翅片散热使冷端温度更低，则冷热两端温差更大，发电量更大。

3)此温差发电模块可根据环境及工作需求的不同，进行不同方式的集成组合，满足不同情况的需要，并获得更大的发电功率。

Claims (3)

1.一种用于水下的温差发电模块，其特征在于，包括外壳(6)、盖板(1)、柔性金属薄膜(2)及抽真空部件(7)，所述的外壳(6)上设有用于安放温差发电片(3)的凹槽，盖板(1)上开有与上述凹槽相匹配的通槽，柔性金属薄膜(2)盖在通槽上方，边缘与盖板(1)焊接，盖板(1)与外壳(6)通过全氟O型圈(4)及螺钉(5)密封紧固，在外壳(6)上位于全氟O型圈(4)范围内开有抽真空孔(6-2)及水密线孔(6-3)，水密线孔(6-3)上堵有水密线堵头(8)，在外壳(6)凹槽背部设有若干散热翅片(6-1)；

所述的抽真空部件(7)连接抽真空孔(6-2)用于将盖板(1)与外壳(6)形成的空间抽真空，包括一端封闭的罩体(7-2)、螺钉状的堵头(7-1)、拧杆(7-3)，所述的堵头(7-1)与抽真空孔(6-2)通过螺纹连接，堵头(7-1)上开有竖直盲孔及水平通孔，水平通孔开设于堵头(7-1)的退刀槽位置，竖直盲孔的盲端与水平通孔连通，所述的罩体(7-2)罩在堵头(7-1)外侧并可与外壳(6)通过螺纹及O型圈密封连接，拧杆(7-3)一端为套筒用于与堵头(7-1)的端部配合，另一端穿过罩体(7-2)并通过O型圈密封，罩体(7-2)上开有用于连接抽真空设备的侧孔(7-4)，当堵头被完全拧入抽真空孔(6-2)时，其通过全氟O型圈与外壳密封，此时柔性金属薄膜(2)与温差发电片(3)热端表面紧贴。

2.根据权利要求1所述的水下温差发电模块，其特征在于，所述的柔性金属薄膜(2)采用钛、镀层铜、不锈钢、或镀层铝合金制成。

3.根据权利要求1和2所述的水下温差发电模块，其特征在于，所述的柔性金属薄膜(2)厚度为0.1毫米到0.2毫米。