CN108131262B - 一种地热能温压发电器 - Google Patents

Abstract

一种地热能温压发电器，包括万向汇风冷却装置和温压发电装置，温压发电装置固定在万向汇风冷却装置筒体内，并沿筒体轴线螺旋环绕，温压发电装置的地热流体进口固定于万向汇风冷却装置的筒体进口处，温压发电装置的地热流体出口固定于万向汇风冷却装置的筒体出口处；或所述温压发电装置直接环绕构成万向汇风冷却装置筒体，温压发电装置的地热流体进口在万向汇风冷却装置筒体进口处，温压发电装置的地热流体出口在万向汇风冷却装置筒体出口处。本发明以地热水能或地热空气能为温压发电装置的温差发电元件热端面提供热源，以万向汇风冷却装置强化温差发电元件冷面端的冷却效果，提升发电效率，提高发电能力，利于地热能温压发电的实施与利用。

Description

一种地热能温压发电器

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，具体涉及一种地热能温压发电器。

背景技术

现代的生活和生产都离不开电力。但是当前仍以燃煤火电为主，火电是用矿物质能源煤燃烧转化为蒸汽能发电，一则产生大量的温室气体CO₂和SO₂、CO、NOx及未燃尽碳氢化合物，破坏地球生态环境，二则燃料转化为电力的过程中损失了约三分之二的能量。在清洁能源领域，地热能作为一种清洁并可稳定发电的能源，目前各国均在逐步加大力度的开发利用；同时，温差发电等热电材料也迅速发展，使得火电的发电效率提升2%-5%，收益非常可观。经研究，温差发电材料发电过程中，随着温差的增大，温差发电装置的输出功率随之增大；一般来讲，地热能热流体或热源温度相对稳定，如此，增大温差最好的方式即降低温差发电装置冷端面温度。目前，温差发电在冷端面的研究方面主要考虑水冷和风冷两种，由于密度和热容比等因素，水冷普遍优于风冷，但水冷却需要耗费更多的电能，且投资较大，故采用风冷仍为市场主要手段。现阶段的风冷大多直接采用风机对散热设备或换热器吹风，效率极低，同时耗电较多。申请号为201410642098.0的中国专利申请公开了一种地热发电装置，温差发电器热端通过安装于地热井中的热交换器，经过热管循环泵循环流体至集热水箱并由集热水箱端面供热，冷端通过冷管循环泵将冷水箱的冷却水通过热交换器循环并辅以风扇散热，此装置有以下缺陷：其一，其热交换器安装于地热井内投资巨大，且整套设备较为昂贵，其二，耗能极大，实用性不高；其三，仅靠风扇散热冷却，散热冷却效率极低；其四，发电能力和发电效率不高。申请号为201710790700.9的中国专利申请公布了一种应用于锅炉尾部烟道的热管式温差发电储能及输电系统，其冷端散热仅利用热管来散热冷却，散热冷却效率极其有限，不能更有效的提高温差。

为此，迫切需要一种便于利用地热能流体（地热水、蒸汽、空气等）热能高效集成温压发电，并可经济的高效风冷迅速降低温差发电元件冷端面温度，提高温差、提高发电效率、提高发电能力的利用地热能的温压发电器。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，为了克服现有技术不足，提供一种便于利用地热能流体（地热水、蒸汽、空气等）热能高效集成的温压发电，并可经济的高效风冷迅速降低温差发电装置冷端面温度，提高温差、提高发电效率、提高发电能力的利用地热能的温压发电器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种地热能温压发电器，包括万向汇风冷却装置和温压发电装置，所述温压发电装置固定在万向汇风冷却装置筒体内，并沿筒体轴线螺旋环绕，所述温压发电装置的地热流体进口固定于万向汇风冷却装置的筒体进口处，所述温压发电装置的地热流体出口固定于万向汇风冷却装置的筒体出口处；或所述温压发电装置直接环绕构成万向汇风冷却装置筒体，所述温压发电装置的地热流体进口在万向汇风冷却装置筒体进口处，所述温压发电装置的地热流体出口在万向汇风冷却装置筒体出口处。

进一步，所述万向汇风冷却装置包括汇风增速筒体和导流底座，所述汇风增速筒体为两端喇叭形扩大、中间缩小的筒体结构，可以汇聚冷却风流、加速冷却风流速度并提高冷却效率，包括汇风增速筒体进口和汇风增速筒体出口，所述汇风增速筒体进口和导流底座弧形上端面通过支撑架固定并构成万向风道，为万向汇风冷却装置提供多方向、大面积的风口，以便利用自然风力进行冷却。

进一步，所述万向汇风冷却装置包括辅助拉风机构，所述辅助拉风机构包括微型电机、转轴、轴承和风叶，所述微型电机固定在导流底座位于汇风增速筒体进口的上端面，所述轴承固定在汇风增速筒体出口的支撑架上，设置在汇风增速筒体出口的风叶通过穿过轴承的转轴与微型电机连接，有风时，风吹动风叶转动抽吸形成汇风增速筒体出口端的负压，无风时，辅以微型电机转动抽吸形成汇风增速筒体出口的负压，进一步提升冷风风流速度，形成高效流动的冷风风流，持续快速的对温压发电装置的温差发电元件进行高效冷却。

进一步，所述温压发电装置包括温压发电机构、热流载体机构和蓄热保温材料，所述蓄热保温材料包括蓄热材料和保温材料；所述温压发电机构固定在热流载体机构的外壁上或固定在热流载体机构环绕构成的筒壁两侧，并通过蓄热材料填充热流载体机构及温压发电机构之间间隙，以保证温压发电机构可直接与热源无缝隙接触，减少散热热量损耗和对温压发电机构的影响；所述保温材料固定在温压发电机构上，且保温材料还对热流载体机构管道的地热流体进口进行包敷，防止地热流体因散热而损耗能量。

进一步，所述温压发电机构包括热电材料或温差发电材料构成的两个以上温差发电元件、散热器；所述温差发电元件包括热端面和冷端面，所述热端面通过导热硅胶与热流载体机构外表面或蓄热材料连接，所述冷端面通过导热硅胶与散热器导热面连接，所述散热器散热端与万向汇风冷却装置的内部冷风风流或大气相通，所述两个以上温差发电元件之间串并联电连接。

进一步，所述热流载体机构为热传导性能优良的管道，可供地热流体流动并供给温压发电机构的温差发电元件热端面或蓄热材料热能。

进一步，所述辅助拉风机构的转轴上还设有拉风风叶，所述拉风风叶设置在螺旋环绕的热流载体机构的间隙间，可强制拉风对温差发电元件冷端面的散热器进行冷却，提高冷却效果。

进一步，所述万向汇风冷却装置还可为三角形、方形或多边形两端逐渐扩大的筒体结构。

进一步，所述热流载体机构可在螺旋环绕成汇风增速筒体的同时螺旋环绕在汇风增速筒体内，热流载体机构管道可为圆形或方形或其他多边形(多边形边数≥3)。

进一步，所述热流载体机构的热源还可采用其他形式的热流体进行发电。

进一步，所述热流载体机构还可设有动力部件或集热部件，可聚集热能并为热流体提供流动动力。

进一步，所述地热能温压发电器还包括电控系统，所述电控系统与温压发电机构、辅助拉风机构和热流载体机构的动力部件以电连接，可将串并联的温压发电片所发电能稳压升压及调节控制后供给电能或选择供给微型电机电能；所述电控系统设置在万向汇风冷却装置周围地面上或周围的建构物内。

进一步，所述地热能温压发电器还设有阻垢防锈加料装置，所述阻垢防锈加料装置通过管道与热流载体机构地热流体进口端连接，设在地热能温压发电器周围地面或建构物上，可防止管道结垢堵塞和锈蚀。

进一步，所述地热能温压发电器还设有返灌和综合利用装置，所述返灌和综合利用装置与热流载体机构地热流体出口连接，并可将地热水能返灌和综合利用，杜绝污染，减少地质灾害的隐患。

本发明利用便于提取的地热水能（含地热蒸汽）或地热空气能流体作为温压发电装置的热源，直接以导热性能优良的流体管道再辅以蓄热保温材料安装温差发电元件，使温差发电元件的热端面紧密贴合在管道壁和蓄热材料上并获取热能，同时，利用简单的万向汇风冷却装置汇集增速自然冷风对温差发电元件的冷端面实施高效冷却，扩大温差发电元件的冷热端面温差，提高温压发电装置发电效率和发电能力。

本发明的有益效果：

1、本地热能温压发电器以便于提取的地热水能（含地热蒸汽）或地热空气能为温压发电装置的温差发电元件热端面提供热源，以万向汇风冷却装置强化温差发电元件冷面端的冷却效果，扩大温差，提升发电效率，提高发电能力，利于地热能温压发电的实施与利用。

2、结构紧凑，用材少，造价低，在有风的情况下，可以直接采用风能推动风叶抽吸、拉风叶片拉风，增速自然冷风风流，使万向汇风冷却装置的负压抽吸能力得以强化，经济节能的为温差发电元件冷端面减少集热。

3、安装与使用简单，适应于地热能的应用开发和提升增效，也可适应于乡村或工厂等余热流体的回收和再利用，提升对余热利用的附加值，提升经济效益，同时节能、环保。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为沿图1 A-A线的剖视结构示意图；

图3为本发明实施例1的电气连接结构示意图；

图4为本发明实施例2的结构示意图；

图5为沿图4 B-B线的剖视结构示意图；

图6为本发明实施例3的结构示意图；

图7为图6的局部C放大结构示意图；

图中：1-万向汇风冷却装置，11-汇风增速筒体，111-汇风增速筒体进口，112-汇风增速筒体出口，12-导流底座，13-辅助拉风机构，131-微型电机，132-轴承，133-转轴，134-风叶，135-拉风风叶，2-温压发电装置，21-温压发电机构，211-温差发电元件，211a-热端面，211b-冷端面，212-散热器，22-热流载体机构，221-地热流体进口，222-地热流体出口，23-蓄热保温材料，231-蓄热材料，232-保温材料，3-电控系统，4-阻垢防锈加料装置，5-返灌和综合利用装置。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

参照图1、图2和图3，一种地热能温压发电器，包括万向汇风冷却装置1和温压发电装置2；所述温压发电装置2固定在万向汇风冷却装置1筒体内，并沿轴线螺旋环绕，所述温压发电装置2的地热流体进口221固定于万向汇风冷却装置1的筒体进口处，所述温压发电装置2的地热流体出口222固定于万向汇风冷却装置1的筒体出口处。

所述万向汇风冷却装置1包括汇风增速筒体11和导流底座12，所述汇风增速筒体11为两端喇叭形扩大、中间缩小的筒体结构，可以汇聚多方向冷却风流、加速冷却风流速度并提高冷却效率，包括汇风增速筒体进口111和汇风增速筒体出口112，所述汇风增速筒体进口111和导流底座12弧形上端面通过支撑架固定并构成多向风道，为万向汇风冷却装置1提供多方向、大面积的风口，以便利用自然风力进行冷却。

所述万向汇风冷却装置1还包括辅助拉风机构13，所述辅助拉风机构13包括微型电机131、转轴133、轴承132和风叶134，所述微型电机131通过螺栓固定在导流底座12位于汇风增速筒体进口111的上端面，所述轴承132固定在汇风增速筒体出口112的支撑架上，设置在汇风增速筒体出口112的风叶134通过穿过轴承132的转轴133与微型电机131连接，有风时，风吹动风叶134转动抽吸形成汇风增速筒体出口112端的负压，无风时，辅以微型电机转动抽吸形成汇风增速筒体出口112端的负压，进一步提升冷风风流速度，形成高效流动的冷风风流，持续快速的对温压发电装置2进行高效冷却。

所述温压发电装置2包括温压发电机构21、热流载体机构22和蓄热保温材料23，所述蓄热保温材料23包括蓄热材料231和保温材料232；所述温压发电机构21固定在热流载体机构22的外壁上，并通过蓄热材料231填充热流载体机构22及温压发电机构21之间间隙，所述保温材料232固定在温压发电机构21上，且保温材料232还对热流载体机构22管道的地热流体进口221进行包敷，防止地热流体因散热而损耗能量。

所述温压发电机构21包括温差发电材料构成的多个温差发电元件211、多个散热器212；所述温差发电元件211包括热端面211a和冷端面211b，所述热端面211a通过导热硅胶与热流载体机构22外表面或蓄热材料231连接，所述冷端面211b通过导热硅胶与散热器212导热面连接，所述散热器212散热面直接置于万向汇风冷却装置1的内部冷风风流中。所述热流载体机构22为热传导性能优良的圆形铜管，包括地热流体进口221和地热流体出口222，可供地热流体流动并供给温压发电机构21的温差发电元件211热端面211a或蓄热材料231热能；所述多个温差发电元件211串并联后与电控系统3连接，经电控系统3稳压升压及调节控制后供电或选择供给微型电机131，所述电控系统3设置在本地热能发电装置的旁边地面上。

工作过程，所述地热能流体通过导热性能优异的热流载体机构22铜管再辅以蓄热保温材料为温压发电机构21的温差发电元件211热端面211a提供热能，同时，风叶134带动转轴133旋转对散热器212直接冷却的同时，在万向汇风冷却装置1出口处产生负压增强抽吸能力，增速自然冷风流体，加速散热器212散热，提高温差发电元件211冷端面211b的散热效果，增大并稳定温差发电元件211冷热端面间温差，提高地热能温压发电器发电效率和发电能力。

实施例2

参照图4和图5，一种地热能温压发电器，与实施例1的区别在于：还设有阻垢防锈加料装置4和返灌和综合利用装置5；所述阻垢防锈加料装置4通过管道与热流载体机构22的地热流体进口221连接，可防止管道结垢堵塞和锈蚀；所述返灌和综合利用装置与热流载体机构22的地热流体出口222连接，可将地热水返灌和综合利用，杜绝污染，减少地质灾害的隐患，所述阻垢防锈加料装置4、返灌和综合利用装置5都设置在万向汇风冷却筒体周围地面上。所述温压发电装置2的热流载体机构22为导热性能优良的方形铜管构成，热流载体机构22的外表面通过导热硅胶直接与温差发电元件211的热端面211a连接，在相邻温差发电元件211之间设有保温材料232，本实施例可不设蓄热材料231；所述辅助拉风机构13还设有六个拉风风叶135，拉风风叶135固定在辅助拉风机构13的转轴133上并分别位于螺旋环绕的热流载体机构22的间隙之间。

实施例3

参照图6和图7，一种地热能温压发电器，与实施例1的区别在于：本实施例的万向汇风冷却装置1的汇风增速筒体11为温压发电装置2的地热流体管道直接环绕而成，且温压发电机构21的多个温差发电元件211热端面211a固定在环绕而成的筒体壁上，筒体壁与温差发电元件211之间缝隙通过蓄热材料232填充。另外，本实施例的万向汇风冷却装置内不设置如实施例1的螺旋环绕的热流载体机构22和拉风风叶135。

Claims (8)

1.一种地热能温压发电器，其特征在于：包括万向汇风冷却装置和温压发电装置，所述温压发电装置固定在万向汇风冷却装置筒体内，并沿筒体轴线螺旋环绕，所述温压发电装置的地热流体进口固定于万向汇风冷却装置的筒体进口处，所述温压发电装置的地热流体出口固定于万向汇风冷却装置的筒体出口处；或所述温压发电装置直接环绕构成万向汇风冷却装置筒体，所述温压发电装置的地热流体进口在万向汇风冷却装置筒体进口处，所述温压发电装置的地热流体出口在万向汇风冷却装置筒体出口处；

所述万向汇风冷却装置包括汇风增速筒体和导流底座，所述汇风增速筒体为两端喇叭形扩大、中间缩小的筒体结构，所述汇风增速筒体进口和导流底座弧形上端面通过支撑架固定并构成万向风道；

所述万向汇风冷却装置还包括辅助拉风机构，所述辅助拉风机构包括微型电机、转轴、轴承和风叶，所述微型电机固定在导流底座位于汇风增速筒体进口的上端面，所述轴承固定在汇风增速筒体出口的支撑架上，设置在汇风增速筒体出口的风叶通过穿过轴承的转轴与微型电机连接，有风时，风吹动风叶转动抽吸形成汇风增速筒体出口端的负压，无风时，辅以微型电机转动抽吸形成汇风增速筒体出口的负压，进一步提升冷风风流速度，形成高效流动的冷风风流，持续快速的对温压发电装置的温差发电元件的冷端面进行高效冷却。

2.根据权利要求1所述的地热能温压发电器，其特征在于：所述温压发电装置包括温压发电机构、热流载体机构和蓄热保温材料，所述蓄热保温材料包括蓄热材料和保温材料；所述温压发电机构固定在热流载体机构的外壁上或固定在热流载体机构环绕构成的筒壁两侧，并通过蓄热材料填充热流载体机构及温压发电机构之间间隙，以保证温压发电机构直接与热源无缝隙接触，减少散热热量损耗和对温压发电机构的影响；所述保温材料固定在温压发电机构上，且保温材料还对热流载体机构管道的地热流体进口进行包敷，防止地热流体因散热而损耗能量。

3.根据权利要求2所述的地热能温压发电器，其特征在于：所述温压发电机构包括热电材料或温差发电材料构成的两个以上温差发电元件、散热器；所述温差发电元件包括热端面和冷端面，所述热端面通过导热硅胶与热流载体机构外表面或蓄热材料连接，所述冷端面通过导热硅胶与散热器导热面连接，所述散热器散热端与万向汇风冷却装置的内部冷风风流或大气相通，所述两个以上温差发电元件之间串并联电连接。

4.根据权利要求2或3所述的地热能温压发电器，其特征在于：所述热流载体机构为热传导性能优良的管道，可供地热流体流动并供给温压发电机构的温差发电元件热端面或蓄热材料热能。

5.根据权利要求1或2或3所述的地热能温压发电器，其特征在于：所述辅助拉风机构的转轴上还设有拉风风叶，所述拉风风叶设置在螺旋环绕的热流载体机构的间隙间，可强制拉风对温差发电元件冷端面的散热器进行冷却，提高冷却效果。

6.根据权利要求1或2或3所述的地热能温压发电器，其特征在于：所述地热能温压发电器还包括电控系统，所述电控系统与温压发电机构、辅助拉风机构和热流载体机构的动力部件以电连接，将串并联的温压发电片所发电能稳压升压及调节控制后供给电能或选择供给微型电机电能；所述电控系统设置在万向汇风冷却装置周围地面上或周围的建构物内。

7.根据权利要求1或2或3所述的地热能温压发电器，其特征在于：所述地热能温压发电器还设有阻垢防锈加料装置，所述阻垢防锈加料装置通过管道与热流载体机构地热流体进口端连接，设在地热能温压发电器周围地面或建构物上，防止管道结垢堵塞和锈蚀。

8.根据权利要求1或2或3所述的地热能温压发电器，其特征在于：所述地热能温压发电器还设有返灌和综合利用装置，所述返灌和综合利用装置与热流载体机构地热流体出口连接，并可将地热水能返灌和综合利用，杜绝污染，减少地质灾害的隐患。