CN108768213A - 一种温差发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种温差发电装置15，包括导热块32、主燃烧器41、燃料输送系统、发电片35、散热块37、冷却装置，所述导热块32内部为中空结构，在其两相对的侧壁上开设有通孔，所述主燃烧器41穿过所述导热块32的两相对的侧壁的通孔设置，所述主燃烧器41位于所述导热块32内的部分开设有多个小孔，所述燃料输送系统能够将燃料输送至主燃烧器41，所述发电片35设置在导热块32和散热块37之间，所述冷却装置位于所述散热块37的底部，所述发电片35能够利用其上下的温差进行发电，本装置结构简单，能够稳定发电，发电效率较高。
Description
技术领域
本发明涉及发电技术领域，尤其涉及一种温差发电装置。
背景技术
现有技术中常见的发电方式为机械式发电，将燃料燃烧产生高温高压的气体带动动力机械(如燃气轮机)旋转输出机械功，动力机械带动发电机旋转进行发电，这样的发电方式系统庞大、结构复杂、发电效率不高。
热电转换是指热能和电能之间的相互转换。热电效应包括塞贝克(Seebeck)效应、珀尔帖(Peltier)效应、汤姆逊(Thompson)效应。热电转换效应的发现，引起了科学界极大的兴趣，因为从宏观上讲，热电转换效应意味着热能与电能之间的直接转换。如何使这种效应成为实际应用中的能量转换与利用成为当今的热点。
热电材料是通过其内部载流子的移动及其相互作用，来完成电能和热能之间相互转换的一种功能材料。与一般的发电方法相比，优势在于没有外部的转动部件，因此工作时没有噪声、没有部件之间的磨损等。另外，由于它没有流体态的介质，可以说基本没有环境污染。热电材料的主要特点是：它可以像压缩软件一样把热量打包，传送给材料中电能的载体——电子或空穴载流子，它们在把热量从温度高的一端运输到温度低的一端的同时，由于电子或空穴的定向移动，这种材料的两端就会产生电压。而所产生的这种电压，就为人们提供了可利用的能源。
温差发电器是利用塞贝克效应，将热能直接转换成电能的一种发电器件。将一个p型温差电元件和一个n型温差电元件在热端用金属导体电极连接起来，在其冷端分别连接冷端电极，就构成一个温差电单体或单偶。在温差电单体开路端接入电阻为RL的外负载，如果温差电单体的热面输入热流，在温差电单体热端和冷端之间建立了温差，则将会有电流流经电路，负载上将得到电功率，因而得到了将热能直接转换为电能的发电器。
热电材料的理想特性一般要求内阻较低以减少内部电流产生的损耗(发热)；较低的导热系数(热导率)以减少从高温端向低温端的热传导；较高的热电动势(开路)。大多数物质的热电动势只有几微伏每度温差，不适宜作为热电材料。最适合的材料是半导体材料，如碲化铋基材料、碲化铅、锗硅合金、碲化锗等等。
同时，现有技术中的温差发电装置结构较为复杂，采用燃料类型也比较单一，无法适用多种燃料的工作方式。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对传统的机械式发电的缺陷，提出一种温差发电装置，该装置结构简单、发电效率高，同时可适用于多种燃料的工作方式，并且工作稳定。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种温差发电装置，包括导热块、燃烧器、燃料输送系统、发电片、散热块、冷却装置，所述导热块内部为中空结构，在其两相对的侧壁上开设有通孔，所述燃烧器穿过所述导热块的两相对的侧壁的通孔设置，所述燃烧器位于所述导热块内的部分开设有多个小孔，所述燃料输送系统能够将燃料输送至燃烧器，所述发电片设置在导热块和散热块之间，所述冷却装置位于所述散热块的底部，所述发电片能够利用其上下的温差进行发电。
进一步地，所述导热块的材质为金属、陶瓷或石墨。
进一步地，所述导热块为长方体形或正方体形或圆形或椭圆形，其顶部或侧部开设有多个通孔。
进一步地，所述冷却装置包括风扇，所述风扇通过固定垫圈固定在所述散热块的底部或侧部。
进一步地，所述发电片采用具有热电性能的半导体材料。
进一步地，所述发电片采用碲化铋(BiTe)基材料。
进一步地，所述发电片与所述导热块之间设有上垫片，所述散热块与所述发电片之间设有下垫片，所述导热块通过导热块固定板固定。
进一步地，所述燃料输送系统包括双气源识别系统，所述双气源识别系统包括第一燃烧器和第二燃烧器和控制电路板，所述第一燃烧器包括第一喷嘴、第一点火电极和第一热电偶，所述第二燃烧器包括第二喷嘴、第二点火电极和第二热电偶，其中所述第一喷嘴的喷嘴孔径大于第二喷嘴的喷嘴孔径，所述双气源包括第一燃料气体和第二燃料气体，所述第一燃料气体的燃烧热值小于第二燃料气体的燃烧热值，所述第一燃烧器和第二燃烧器分别通过各自的固定板固定在散热块的两侧。
进一步地，所述燃料输送系统还包括与所述燃烧器连接的三通喷嘴座、第一T形接头和第二T形接头，所述三通喷嘴座中包括用于向燃烧器输送燃料气体的第三喷嘴和用于向燃烧器输送燃料气体的第四喷嘴，所述第一T形接头的第一接口与三通喷嘴座的第一接口连接，所述第一T形接头的第二接口通过管路与第一喷嘴连接，所述第一T形接头的第三接口与燃料气体气源输送管路连通，所述第二T形接头的第一接口与三通喷嘴座的第二接口连接，所述第二T形接头的第二接口通过管路与第二喷嘴连接，所述第二T形接头的第三接口与燃料气体气源输送管路连通。
一种温差发电装置，包括导热块、燃料盘、燃料、发电片、散热块、冷却装置，所述燃料盘安装在导热块的上部或者位于导热块的上部并与导热块一体设置，所述燃料放置于所述燃料盘内，所述发电片设置在所述导热块和散热块之间，所述冷却装置位于所述散热块的底部，所述发电片能够利用其上下的温差进行发电。
进一步地，所述燃料为铯。
相对于现有技术，本发明结构简单，发电效率高，装置大小灵活，并且可适用多种燃料，不同热值的燃料可基本保持稳定的燃烧。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
图1为本发明温差发电装置整体示意图。
图2为本发明温差发电装置整体结构拆分示意图。
图3为本发明温差发电装置局部结构拆分示意图。
图4为本发明温差发电装置采用固体燃料时的改进部分示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
第一实施例
参见附图1-2，本发明一种温差发电装置15，包括导热块32、主燃烧器41、燃料输送系统、发电片35、散热块37、冷却装置，所述导热块32内部为中空结构，在其两相对的侧壁上开设有通孔，所述主燃烧器41穿过所述导热块32的两相对的侧壁的通孔设置，所述主燃烧器41位于所述导热块32内的部分开设有多个小孔，所述燃料输送系统能够将燃料输送至主燃烧器41，所述发电片35设置在导热块32和散热块37之间，所述冷却装置位于所述散热块37的底部，所述发电片35能够利用其上下的温差进行发电，该装置可采用可燃气体如甲烷，丙烷，天然气，液化石油气等，也可以采用液态燃料，如柴油，汽油，煤油，酒精等。
优选地，所述导热块32的材质为金属、陶瓷或石墨。
优选地，所述导热块32为长方体形或正方体形或圆形或椭圆形，其顶部或侧部开设有多个通孔。
优选地，所述冷却装置包括风扇39，所述风扇通过固定垫圈38固定在所述散热块37的底部或侧面。
优选地，所述发电片采用具有热电性能的半导体材料
优选地，所述发电片35采用碲化铋(BiTe)基材料。
优选地，所述发电片35与所述导热块32之间设有上垫片34，所述散热块37与所述发电片35之间设有下垫片36，所述导热块32通过导热块固定板33固定。
优选地，结合图3，所述燃料输送系统包括双气源识别系统，所述双气源识别系统包括第一燃烧器11和第二燃烧器16和控制电路板，所述第一燃烧器11包括第一喷嘴12、第一点火电极13和第一热电偶14，所述第二燃烧器16包括第二喷嘴17、第二点火电极18和第二热电偶19，其中所述第一喷嘴12的喷嘴孔径大于第二喷嘴17的喷嘴孔径，所述双气源包括第一燃料气体和第二燃料气体，所述第一燃料气体的燃烧热值小于第二燃料气体的燃烧热值，例如第一燃料气体为天然气，第二燃料气体为丙烷，所述第一燃烧器11和第二燃烧器16分别通过各自的固定板40固定在散热块37的两侧，所述燃料输送系统还包括与所述主燃烧器41连接的三通喷嘴座4、第一T形接头45和第二T形接头44，所述三通喷嘴座4中包括用于向主燃烧器41输送燃料气体的第三喷嘴42和用于向主燃烧器41输送燃料气体的第四喷嘴43，所述第一T形接头45的第一接口与三通喷嘴座4的第一接口连接，所述第一T形接头45的第二接口通过管路与第一喷嘴12连接，所述第一T形接头45的第三接口与燃料气体气源输送管路连通，所述第二T形接头44的第一接口与三通喷嘴座4的第二接口连接，所述第二T形接头44的第二接口通过管路与第二喷嘴17连接，所述第二T形接头44的第三接口与燃料气体气源输送管路连通，所述主燃烧器41同时还通过燃烧器固定座46固定。
本发明双气源识别和温差发电原理：常规燃烧系统只能燃烧一种燃料，而本发明可以使用两种不同热值的燃料，由于两种燃料的热值不同，为了保证系统能够在较为稳定的燃烧热值下工作从而稳定发电，本发明采用双气源识别系统，具体而言，燃料源提供燃料并输送至第一燃烧器11、第二燃烧器16以及主燃烧器41，当所述燃料是热值较高的第二燃料时，第一燃烧器11的第一喷嘴12处、第二燃烧器16的第二喷嘴17处均可通过点火电极进行点燃(只是第一喷嘴12处的火苗更大，因为第一喷嘴的孔径相对较大)同时主燃烧器41也被点燃，此时第一热电偶14和第二热电偶19均产生热电势并反馈至控制电路板，此时系统判断燃料是第二燃料，这种情况下系统只通过第二T形接头44、第四喷嘴43向主燃烧器41提供燃料(第一T形接头45处的燃料供给切断)；而当所述燃料是热值较低的第一燃料时，由于第二喷嘴17的孔径较小通过的气量较少因此热值较低的第一燃料无法形成有效长明火，而在孔径较大的第一喷嘴12处第一燃料可以正常燃烧，此时第一热电偶14产生热电势并反馈给控制电路板而第二热电偶19无法产生热电势，此时系统判断燃料是第一燃料，这种情况下为了使得主燃烧器41可以和使用第二燃料时产生基本相同的燃烧热量需要同时通过第一T形接头45、第三喷嘴42和第二T形接头44、第四喷嘴43向主燃烧器41供送燃料(因为第一燃料热值较低因此需要加大供给量)，因此系统能够自动识别和判断第一和第二燃料并切换相应的供送模式以保持主燃烧器41的稳定燃烧，主燃烧器41处燃料的燃烧使得导热块32被加热(导热块顶部的通孔能够适当散热以防止导热块32过热)，导热块32的热量传递至发电片35的上部使得发电片的上部保持温度较高，同时，风扇39的转动通过散热块37对发电片35的下部不断冷却散热以保持发电片35的下部温度较低，发电片35由于其上下部的温差而不断进行发电并将电能导出以供使用。
值得注意的是，虽然本实施例采用的是双气源，但根据相同的原理本装置也可根据需要采用三种以上的燃料进行工作。
第二实施例
当本发明采用固体燃料时，可以采用如下的方案：
结合图2、4，在图2所示的方案基础上，对燃料和燃烧系统进行相应改进而发电部分不变，一种温差发电装置，包括导热块32、燃料盘60、燃料61、发电片35、散热块37、冷却装置，所述燃料盘60安装在导热块32的上部或者位于导热块32的上部并与导热块32一体设置，所述燃料61放置于所述燃料盘60内，所述发电片35设置在所述导热块32和散热块37之间，所述冷却装置位于所述散热块37的底部，所述发电片35能够利用其上下的温差进行发电。
固体燃料可以在燃料盘60中燃烧，例如柴火煤炭等，燃烧时会对燃料盘60进行加热，燃料盘60将热量传递至导热块32；也可以采用原子能燃料，例如铯，将其放置于真空密闭的环境里(这里就需要在燃料盘60的基础上把燃料存放的部分相应完善，这是本领域公知技术不作具体描述)，利用铯的放射效应能够不断的产生热量从而将热量传递至导热块32提供温差发电装置所需的热量。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种温差发电装置(15)，其特征在于包括导热块(32)、主燃烧器(41)、燃料输送系统、发电片(35)、散热块(37)、冷却装置，所述导热块(32)内部为中空结构，在其两相对的侧壁上开设有通孔，所述主燃烧器(41)穿过所述导热块(32)的两相对的侧壁的通孔设置，所述主燃烧器(41)位于所述导热块(32)内的部分开设有多个小孔，所述燃料输送系统能够将燃料输送至主燃烧器(41)，所述发电片(35)设置在导热块(32)和散热块(37)之间，所述冷却装置位于所述散热块(37)的底部，所述发电片(35)能够利用其上下的温差进行发电。
2.根据权利要求1所述的温差发电装置，其特征在于：所述导热块(32)的材质为金属、陶瓷或石墨。
3.根据权利要求1所述的温差发电装置，其特征在于：所述导热块(32)为长方体形或正方体形或圆形或椭圆形，其顶部或侧部开设有多个通孔。
4.根据权利要求1所述的温差发电装置，其特征在于：所述冷却装置包括风扇(39)，所述风扇通过固定垫圈(38)固定在所述散热块(37)的底部或侧面。
5.根据权利要求1所述的温差发电装置，其特征在于：所述发电片(35)采用具有热电性能的半导体材料。
6.根据权利要求5所述的温差发电装置，其特征在于：所述发电片(35)采用碲化铋(BiTe)基材料。
7.根据权利要求1-6任一项所述的温差发电装置，其特征在于：所述发电片(35)与所述导热块(32)之间设有上垫片(34)，所述散热块(37)与所述发电片(35)之间设有下垫片(36)，所述导热块(32)通过导热块固定板(33)固定。
8.根据权利要求7所述的温差发电装置，其特征在于：所述燃料输送系统还包括与所述主燃烧器(41)连接的三通喷嘴座(4)、第一T形接头(45)和第二T形接头(44)，所述三通喷嘴座(4)中包括用于向主燃烧器(41)输送燃料气体的第三喷嘴(42)和第四喷嘴(43)，所述第一T形接头(45)的第一接口与三通喷嘴座(4)的第一接口连接，所述第一T形接头(45)的第二接口通过管路与第一喷嘴(12)连接，所述第一T形接头(45)的第三接口与燃料气体气源输送管路连通，所述第二T形接头(44)的第一接口与三通喷嘴座(4)的第二接口连接，所述第二T形接头(44)的第二接口通过管路与第二喷嘴(17)连接，所述第二T形接头(44)的第三接口与燃料气体气源输送管路连通。
9.一种温差发电装置(15)，其特征在于包括导热块(32)、燃料盘(60)、燃料(61)、发电片(35)、散热块(37)、冷却装置，所述燃料盘(60)安装在导热块(32)的上部或者位于导热块(32)的上部并与导热块(32)一体设置，所述燃料(61)放置于所述燃料盘(60)内，所述发电片(35)设置在所述导热块(32)和散热块(37)之间，所述冷却装置位于所述散热块(37)的底部，所述发电片(35)能够利用其上下的温差进行发电。
10.根据权利要求9所述的温差发电装置，其特征在于：所述燃料(61)为铯。
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Cited By (1)
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| CN112615565A (zh) * | 2020-12-03 | 2021-04-06 | 大连海事大学 | 一种基于微型温差发电的物质识别装置及其识别方法 |
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