CN109741848A - 一种基于高温热管传热的静态传热发电一体化装置及方法 - Google Patents

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王成龙
唐思邈
苏光辉
田文喜
秋穗正
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Abstract

本发明公开了一种基于高温热管传热的静态传热发电一体化装置及方法，该装置包括呈同轴心布置的高温热管、环形半导体温差发电器、冷却水套管；高温热管沿轴向方向包括蒸发段和冷凝段，高温热管的蒸发段可放置于热源中，用于吸收热量，高温热管的冷凝段插入于环形半导体温差发电器内侧，将热量高效地传输至环形半导体温差发电器热端；环形半导体温差发电器热端即内径壁面紧贴于高温热管冷凝段外壁面，冷端即外径壁面紧贴于冷却水套管内壁面；冷却水套管内通水对环形半导体温差发电器进行冷却；本发明还公开了该装置的发电方法；该装置结构紧凑，可靠性高，可实现热量高效传输以及静态热电转换过程。

Description

一种基于高温热管传热的静态传热发电一体化装置及方法
技术领域
本发明涉及反应堆热工水力设计技术领域，具体涉及一种在特种核反应堆及其他应用领域中具有广泛应用前景的基于高温热管传热的静态传热发电一体化装置及方法。
背景技术
高温热管具有运行温度高、传热效率高、等温性好、安全可靠、非能动等优点，环形半导体温差发电器是一种基于塞贝克效应的静态热电转换器件，具有结构紧凑、可靠性高、静态无噪声、绿色无污染等优点。在反应堆热工水力设计技术领域，针对特种核反应堆以及其他应用领域中对静态高温热电转换、高能量质量比、高可靠性、体积小、质量轻等需求，结合高温热管与环形半导体温差发电器的优点，设计一种基于高温热管传热的静态传热发电一体化装置及方法，可以提供一种静态、高效、紧凑、高能量质量比的热电转换方案。
针对基于高温热管传热的静态传热发电一体化装置及方法研究还未有相关现有技术见诸报道或公开。
发明内容
为避免现有技术的不足之处，本发明提出一种可应用于多种领域基于高温热管传热的静态传热发电一体化装置及方法，实现热量的静态高效传输以及热电转换。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于高温热管传热的静态传热发电一体化装置及方法，包括呈同轴心布置的高温热管1、环形半导体温差发电器2和冷却水套管3；所述高温热管1沿轴向方向包括蒸发段100和冷凝段110，所述高温热管1的蒸发段100可放置于热源中，用于吸收热量，所述高温热管1的冷凝段110置入于所述环形半导体温差发电器2内侧，将热量高效地传输至所述环形半导体温差发电器2热端；所述环形半导体温差发电器2热端即内径壁面紧贴于所述高温热管1冷凝段110外壁面，冷端即外径壁面紧贴于所述冷却水套管3内壁面；所述冷却水套管3内通水对所述环形半导体温差发电器2进行冷却。
所述高温热管1包括蒸发段100和冷凝段110，是一种一体化、高等温性的非能动传热元件；所述高温热管1设置吸液芯120，蒸发段100内部为液态碱金属140，液态碱金属140上部的吸液芯120内为蒸汽腔130；所述液态碱金属140通常为钾、钠或钠钾合金。
所述高温热管1运行温度达400℃以上。
所述环形半导体温差发电器2为运行温度达400℃以上的环形半导体温差发电器，由多组环形半导体温差发电器件组成。
所述一种基于高温热管传热的静态传热发电一体化装置的传热发电方法，高温热管1的蒸发段100吸收热源中的热量后，高温热管1中的液态碱金属140在蒸发段100处由液态逐渐转变为蒸汽，在高温热管1的蒸汽腔130中形成连续流动的碱金属蒸汽流，在冷凝段110处由蒸汽转变为液态，释放热量，通过此过程，将热量从热源高效的传递至环形半导体温差发电器2；高温热管1的冷凝段110置于环形半导体温差发电器2内侧，高温热管1为环形半导体温差发电器2热端提供热量；环形半导体温差发电器2基于Seebeck效应，当环形半导体温差发电器2热端和冷端存在温差时，环形半导体温差发电器2两端便产生电能，基于此过程实现热量直接转化为电能的过程；冷却水套管3内部流通冷却水，冷却环形半导体温差发电器2冷端，使环形半导体温差发电器2冷热端面形成较大温差，并带走余热。
本发明的目的是针对多种领域动力装置对紧凑型高温静态热电转换的需求，提出一种基于高温热管传热的静态传热发电一体化装置及方法，本发明结构紧凑，质量轻便，可模块化生产，拼装方便，采用静态温差发电，可靠性高，无机械转动部件，不产生噪音，节能环保，工作温度高，能够应用于多种高温工作环境，可用于多种领域特种反应堆中。
附图说明
图1为一种基于高温热管传热的静态传热发电一体化装置及方法示意图。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
如图1所示，本发明一种基于高温热管传热的静态传热发电一体化装置及方法，包括高温热管1、环形半导体温差发电器2和冷却水套管3。所述高温热管1沿轴向方向包括蒸发段100和冷凝段110，所述高温热管1的蒸发段100可放置于各种形式的热源中，用于吸收热量，所述高温热管1的冷凝段110置入于所述环形半导体温差发电器2内侧，将热量高效地传输至所述环形半导体温差发电器2热端；所述环形半导体温差发电器2热端即内径壁面紧贴于所述高温热管1冷凝段110外壁面，冷端即外径壁面紧贴于所述冷却水套管3内壁面；所述冷却水套管3内通水对所述环形半导体温差发电器2进行冷却；所述冷却水套管3、环形半导体温差发电器2、高温热管1呈同轴心布置。本发明提供了一种基于高温热管传热的静态传热发电一体化装置及方法，结构紧凑，质量轻便，可模块化生产，拼装方便，采用静态温差发电，可靠性高，无机械转动部件，不产生噪音，节能环保，工作温度高，可实现热量高效传输以及静态热电转换过程，能够应用于多种高温工作环境，可应用于多种领域特种反应堆中。
所述高温热管1包括蒸发段100和冷凝段110，是一种一体化、高等温性的非能动传热元件；所述高温热管1内部结构包括吸液芯120、蒸汽腔130和液态碱金属140；所述液态碱金属140工质通常为钾、钠或钠钾合金。
所述高温热管1运行温度达400℃以上。
所述环形半导体温差发电器2为运行温度达400℃以上的环形半导体温差发电器，由多组环形半导体温差发电器件组成。
本发明的工作原理为：高温热管1的蒸发段100吸收热源中的热量后，高温热管1中的液态碱金属140在蒸发段100处由液态逐渐转变为蒸汽，在高温热管1的蒸汽腔130中形成连续流动的碱金属蒸汽流，在冷凝段110处由蒸汽转变为液态，释放热量，通过此过程，将热量从热源高效的传递至环形半导体温差发电器2。高温热管1的冷凝段110置于环形半导体温差发电器2内侧，高温热管1为环形半导体温差发电器2热端提供热量。环形半导体温差发电器2基于Seebeck效应，当环形半导体温差发电器2热端和冷端存在温差时，环形半导体温差发电器2两端便可产生电能，基于此过程可以实现热量直接转化为电能的过程。冷却水套管3内部流通冷却水，冷却环形半导体温差发电器2冷端，使环形半导体温差发电器2冷热端面形成较大温差，并带走余热。

Claims (6)

1.一种基于高温热管传热的静态传热发电一体化装置，其特征在于：包括呈同轴心布置的高温热管(1)、环形半导体温差发电器(2)和冷却水套管(3)；高温热管(1)沿轴向方向包括蒸发段(100)和冷凝段(110)，高温热管(1)的蒸发段(100)放置于热源中，用于吸收热量，高温热管(1)的冷凝段(110)插入于环形半导体温差发电器(2)内侧，将热量传输至环形半导体温差发电器(2)热端；环形半导体温差发电器(2)热端即内径壁面紧贴于高温热管(1)冷凝段(110)外壁面，冷端即外径壁面紧贴于冷却水套管(3)内壁面；冷却水套管(3)内通水对环形半导体温差发电器(2)进行冷却。
2.根据权利要求1所述一种基于高温热管传热的静态传热发电一体化装置，其特征在于：所述高温热管(1)包括蒸发段(100)和冷凝段(110)，是一种一体化、高等温性的非能动传热元件；高温热管(1)内部设置吸液芯(120)，蒸发段(100)内部为液态碱金属(140)，液态碱金属(140)上部的吸液芯(120)内为蒸汽腔(130)。
3.根据权利要求1所述一种基于高温热管传热的静态传热发电一体化装置，其特征在于：所述液态碱金属(140)为钾、钠或钠钾合金。
4.根据权利要求1所述一种基于高温热管传热的静态传热发电一体化装置，其特征在于：所述环形半导体温差发电器(2)为运行温度达400℃以上的环形半导体温差发电器，由多组环形半导体温差发电器件组成。
5.根据权利要求1所述一种基于高温热管传热的静态传热发电一体化装置，其特征在于：所述高温热管(1)的运行温度达400℃以上。
6.权利要求1所述一种基于高温热管传热的静态传热发电一体化装置的传热发电方法，其特征在于：高温热管(1)的蒸发段(100)吸收热源中的热量后，高温热管(1)中的液态碱金属(140)在蒸发段(100)处由液态逐渐转变为蒸汽，在高温热管(1)的蒸汽腔(130)中形成连续流动的碱金属蒸汽流，在冷凝段(110)处由蒸汽转变为液态，释放热量，通过此过程，将热量从热源高效的传递至环形半导体温差发电器(2)；高温热管(1)的冷凝段(110)置于环形半导体温差发电器(2)内侧，高温热管(1)为环形半导体温差发电器(2)热端提供热量；环形半导体温差发电器(2)基于Seebeck效应，当环形半导体温差发电器(2)热端和冷端存在温差时，环形半导体温差发电器(2)两端便产生电能，基于此过程实现热量直接转化为电能的过程；冷却水套管(3)内部流通冷却水，冷却环形半导体温差发电器(2)冷端，使环形半导体温差发电器(2)冷热端面形成较大温差，并带走余热。
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