CN109412463A - 一种深海管式温差发电器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深海管式温差发电器，属于发电设备领域，包括主腔体，主腔体的上下端分别设有上支架和下支架，上支架和下支架均为镂空设置；主腔体的外壁周围设有若干用于安装温差发电片的安装槽，安装槽从内至外依次放置温差发电片和导热铝片，并利用高温胶对温差发电片和导热铝片进行固定；在主腔体的表面安装有与导热铝片接触并对安装槽进行封口以压紧导热铝片和温差发电片的散热件。克服了以往的不足，温差发电片的热端与主腔体紧贴，冷端与导热铝块紧贴，基本没有间隙，传热效率很高。利用高温胶对温差发电片进行固定和密封，操作简单，成本低，大大简化了结构，解决了O型圈密封温度和寿命限制的难题，提高了装置的稳定性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种发电装置，具体地说，涉及一种深海管式温差发电器。
背景技术
海底热液喷口作为地壳和海洋间物质与能量的交换窗口，具有很高的能量密度，其中典型热液口的热通量可达兆瓦级别，温度可至400℃，所以热液喷口热通量的测量和利用一直是全球关注的焦点。热液流体和周围冷海水的温差可达300—400℃。利用这一绿色可再生的热液温差能，可作为海洋热液观测的重要能源供给方式，可为海底资源勘探与开发、海上平台、甚至海上城市提供上兆瓦的电能，具有巨大的研究价值和开发潜能。
但以往能利用热液温差能的设备极少，在已有的水下热液温差发电装置中，一般利用温差发电片来将温差能转化成电能，如公布号为CN107040167A的中国专利文献公开的一种用于水下的温差发电模块，其通过薄膜和抽真空的方式减小间隙以提高热传递效果，但其结构及装配过程复杂麻烦，且温差片利用O型圈密封，O型圈的耐热温度和高温下的使用寿命限制了温差发电器的使用环境和工作时长。
公布号为CN103944452A的中国专利文献公开的一种深海热液温差能发电装置，以及公布号为CN104852634A的中国专利文献公开的一种海底热液口温差能发电装置，均通过热管将热液能量传递给温差发电片，但是两种结构均无法避免温差发电片与腔体之间因为装配部紧密而产生间隙，导致发电效率很低，且热管的规格和性能限制温差发电器的规格和性能。
发明内容
本发明的目的为提供一种深海管式温差发电器，该发电器可解决温差发电片与腔体之间因为装配部紧密而产生间隙而导致的发电效率低的问题。
为了实现上述目的，本发明提供的深海管式温差发电器包括主腔体，主腔体的上下端分别设有上支架和下支架，上支架和下支架均为镂空设置；主腔体的外壁周围设有若干用于安装温差发电片的安装槽，安装槽从内至外依次放置温差发电片和导热铝片，并利用高温胶对温差发电片和导热铝片进行固定；在主腔体的表面安装有与导热铝片接触并对安装槽进行封口以压紧导热铝片和温差发电片的散热件。
上述技术方案克服了以往的不足，温差发电片的热端与主腔体紧贴，冷端与导热铝块紧贴，基本没有间隙，传热效率很高。利用高温胶对温差发电片进行固定和密封，操作简单，成本低，大大简化了结构，解决了O型圈密封温度和寿命限制的难题，提高了装置的稳定性和可靠性。并且整个装置为一实体装置，内外压抵消，金属腔体不用设计成耐压腔体，大大简化了装置的结构，减小了装置的重量和体积。且对填充式温差发电片做了单独的耐压性能测试，在45MPa的压力下，温差发电片性能不仅没有影响还有略微上升。
为了方便制作和安装，作为优选，散热件包括与导热铝片相贴的底板和垂直于底板设置的肋片。制作过程中，先将温差发电片和导热铝片依次放入安装槽内，然后利用设有灌胶孔的金属板压紧导热铝片，接着通过灌胶孔将高温胶灌入安装槽内对温差发电片和导热铝片进行固定。为进一步减少安装槽内出现间隙的概率，可以将若干温差发电片间隔放置在安装槽内，导热铝片与温差发电片的大小相同并对应放置，最后在金属板的压紧固定的作用下向安装槽内灌胶。在安装槽内的高温胶凝固后，取下金属板，将散热件的底板代替金属板紧贴导热铝片后进行固定，此时可以采用螺钉将散热件的底板固定在主腔体上。
为了方便收集热液，同时防止进入主腔体内的热液与周围海水发生热交换，作为优选，主腔体的底部安装有锥形扩口的底座，底座与主腔体之间设有密封圈，下支架的底部设有插入热液口的插棒。使用时，将插棒插入热液口内，底座对热液口进行包围，一方面起到隔绝热液喷口周围海水防止与热液发生热交换降低热液的温度的作用，另一方面起到支撑稳定整个发电器以便于布放的作用。
作为优选，主腔体的外壁上部设有用于容纳导线的环状容纳腔。为了防止导线与海水或热液接触，可在环状容纳腔的顶部设置端盖，环状容纳腔的内部填充高温胶。环状容纳腔设有过线通孔，在制作过程中，首先将发电器的所有导线通过通孔整合到环状容纳腔内，然后将高温胶填充到环状容纳腔内，同时使用高温胶对通孔进行密封，防止海水或热液与导线接触导致导线老化，提高了使用寿命。
为了提高主腔体壁的导热效率，作为优选，主腔体内设有将热液集中至腔体内壁附近的导流件。优选导流件为安装在上支架底部的柱状导流壳体。导流壳体的底部为便于流体流向腔体内壁的圆滑状。
在发电器使用过程中，可通过测量温差发电片的冷热端的温度以及热液口的温度来计算热传递效率以及发电效率，并根据发电效率来评估发电器的性能。作为优选，安装槽的底部以及导热铝片在与温差发电片的接触面上设有用于安装第一热电偶的凹槽，第一热电偶用于测量温差发电片的冷热两端的温度；主腔体内设有用于测量热液温度的第二热电偶。
为防止第二热电偶的导线与热液接触，应将第二热电偶设置于主腔体的上部，将导线从通孔穿入容纳腔内，可设置第二热电偶的端部插入通孔中以堵住通孔，优选第二热电偶为铠装热电偶，可根据具体情况对其进行弯折，可将其弯折成适应导流壳体形状的形状，远离容纳腔的一端位于导流壳体的底部，可测量从热液喷口出来的热液的温度。
为了提高发电效率，作为优选，温差发电片的冷热两端、以及导热铝片远离温差发电片的一端涂抹有导热硅脂。
为了方便安装和放置发电器，作为优选，上支架和下支架为十字架；上支架上设有T型手柄。上支架和下支架可通过螺钉固定在主腔体的上下端，在对发电器进行布放时，可通过机械手夹住T型手柄进行布放。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的深海管式温差发电器针对填充式温差发电片，利用其自身具有耐压能力并结合高温胶密封，可使温差发电片冷热两端与导热金属壁面间基本没有缝隙，传热热阻小，结构紧凑简单，安装方便，成本低。关键部位并没有采用O型圈密封，大大提高了装置在高温中的稳定性和使用时长。整个装置为一实体装置，内外压抵消，金属腔体不用设计成耐压腔体，大大简化了装置的结构，减小了装置的重量和体积。且对填充式温差发电片做了单独的耐压性能测试，在45MPa的压力下，温差发电片性能不仅没有影响还有略微上升。
附图说明
图1为本发明实施例的深海管式温差发电器的正面剖视图；
图2为本发明实施例的深海管式温差发电器的截面图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。
实施例
参见图1和图2，本实施例的深海管式温差发电器包括放置于主腔体2内的温差发电片4，温差发电片4的冷端紧贴导热铝块5，主腔体2和导热铝块5在与温差发电片4的接触面设有细长凹槽，用于放置第一热电偶10。主腔体2的内腔中固定有第二热电偶12，第二热电偶12为铠装热电偶。
主腔体2的安装槽内灌满高温胶以固定温差发电片4和导热铝块5。散热件3包括底板和肋片，底板紧贴导热铝块5，并通过螺钉与主腔体2固定。上支架1通过螺钉固定在主腔体2上，其下端焊接有导流件14，并通过螺母固定有T型手柄15。导流件14形状可为圆棒、圆锥、螺旋板、翅片等，本实施例设置为柱状的导流壳体。
上端盖13通过螺钉固定在主腔体2上，用于封住位于主腔体2上部的环状容纳腔，环状容纳腔用于容纳导线，其内灌有高温胶。底座6与主腔体2通过螺钉固定并通过密封圈9密封。下支架8通过螺钉固定在主腔体2上，其下端焊接有插棒7，插棒7长度可按实验环境调节。本实施例的上支架7和下支架8均为十字形。
本发明的深海管式温差发电器的工作原理为：
在装置安装和准备工作时，在温差发电片4的冷热两端均涂抹导热硅脂，使其紧贴导热铝块5和主腔体2的壁面，没有间隙。温差发电片4、第一热电偶10和第二热电偶12的导线均集中在主腔体2上端的环形容纳腔内，并利用高温胶密封。为了压紧温差发电片，分别利用高温胶11对主腔体2的安装槽进行密封。在露出的导热铝块4表面涂抹导热硅脂，安装散热件3，使其两者间没有间隙。根据具体环境，选择合适长度的插棒7安装，机械手通过捉住T型手柄15，利用插棒7将装置固定在指定的热液喷口上。
在装置工作时，热液从主腔体2内腔流过，通过导流件14可使热量更加集中在主腔体2内壁并传至温差发电片4，热量的整个传递过程为热液→主腔体2的内壁→温差发电片4热端→温差发电片4冷端→导热铝块5→散热件3→外围冷水，温差发电片4通过半导体材料的赛贝克效应将其冷热两端的温度差转换为电能。第二热电偶12及第一热电偶10可实时监测装置工作时热液喷口处及温差发电片4冷热两端的温度。
Claims (10)
1.一种深海管式温差发电器，包括主腔体，其特征在于：
所述主腔体的上下端分别设有上支架和下支架，所述上支架和下支架均为镂空设置；
所述主腔体的外壁周围设有若干用于安装温差发电片的安装槽，所述安装槽从内至外依次放置温差发电片和导热铝片，并利用高温胶对所述温差发电片和所述导热铝片进行固定；
在所述主腔体的表面安装有与所述导热铝片接触并对所述安装槽进行封口以压紧所述导热铝片和所述温差发电片的散热件。
2.根据权利要求1所述的深海管式温差发电器，其特征在于：所述的散热件包括与所述导热铝片相贴的底板和垂直于所述底板设置的肋片。
3.根据权利要求1所述的深海管式温差发电器，其特征在于：所述的主腔体的底部安装有锥形扩口的底座，所述底座与所述主腔体之间设有密封圈，所述的下支架的底部设有插入热液口的插棒。
4.根据权利要求1所述的深海管式温差发电器，其特征在于：所述的主腔体的外壁上部设有用于容纳导线的环状容纳腔。
5.根据权利要求4所述的深海管式温差发电器，其特征在于：所述的环状容纳腔的顶部设有端盖，环状容纳腔的内部填充有高温胶。
6.根据权利要求1所述的深海管式温差发电器，其特征在于：所述的主腔体内设有将热液集中至腔体内壁附近的导流件。
7.根据权利要求6所述的深海管式温差发电器，其特征在于：所述的导流件为安装在所述上支架底部的柱状导流壳体。
8.根据权利要求1所述的深海管式温差发电器，其特征在于：所述的安装槽的底部以及所述的导热铝片在与所述温差发电片的接触面上设有用于安装第一热电偶的凹槽，所述第一热电偶用于测量所述温差发电片的冷热两端的温度；所述的主腔体内设有用于测量热液温度的第二热电偶。
9.根据权利要求1所述的深海管式温差发电器，其特征在于：所述的温差发电片的冷热两端、以及所述的导热铝片远离温差发电片的一端涂抹有导热硅脂。
10.根据权利要求1所述的深海管式温差发电器，其特征在于：所述的上支架和所述的下支架为十字架；所述上支架上设有T型手柄。
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