CN109742976A - 一种基于高温热管传热的静态温差发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于高温热管传热的静态温差发电装置，包括热源、高温碱金属热管、真空室、冷却水板、螺栓螺帽、真空泵、水源、铜板、半导体温差发电器、蓄电池和稳压控制模块；高温碱金属热管沿轴向方向包括蒸发段、绝热段、冷凝段，高温碱金属热管的蒸发段放置于高温热源中，用于吸收热量，高温碱金属热管的冷凝段嵌入于铜板内；半导体温差发电器热端附着于铜板上下端面，冷端附着于冷却水板表面；冷却水板内通水对半导体温差发电器进行冷却；冷却水板、半导体温差发电器、铜板呈三明治式结构布置，通过螺栓螺帽夹紧固定；半导体温差发电器的输出电能通过所述稳压控制模块控制，导入蓄电池储存，实现热电转换过程。

Description

一种基于高温热管传热的静态温差发电装置

技术领域

本发明涉及反应堆热工水力设计技术领域，具体涉及一种在太空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温差发电装置。

背景技术

高温热管具有运行温度高、传热效率高、等温性好、安全可靠等优点，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，针对太空核反应堆以及其他应用领域中对静态高温热电转换的需求，结合高温热管与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温差发电装置，可以提供一种静态、高效的热电转换方案。

针对基于高温热管传热的静态温差发电装置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温差发电装置设计方案，满足应用于多种领域的小型核电源实验研究的需要。

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温差发电装置，包括热源1、高温碱金属热管2、真空室3、冷却水板4、螺栓螺帽5、真空泵6、水源7、铜板8、半导体温差发电器9、蓄电池10和稳压控制模块11；所述高温碱金属热管2一端置于热源1内，另一端置于铜板8内，热源1为高温碱金属热管2提供热量，热源1，高温碱金属热管2将所述热源1的热量传递至所述铜板8；所述半导体温差发电器9附着于所述铜板8的上下表面；所述冷却水板4安装于所述半导体温差发电器9上下两端，通过所述螺栓螺帽5将所述铜板8、半导体温差发电器9和冷却水板4呈三明治式结构夹紧；所述热源1、高温碱金属热管2、冷却水板4、铜板8和半导体温差发电器9置于真空室3内，真空室3连接真空泵6，真空泵6将所述真空室3内抽真空，保证真空环境；所述水源7与所述冷却水板4连通，为冷却水板4提供冷却水；所述半导体温差发电器9依次连接位于真空室3外的稳压控制模块11和蓄电池10，半导体温差发电器9发出的电能通过所述稳压控制模块11进行稳压处理后输入所述蓄电池10进行储存；所述高温碱金属热管2内为吸液芯130，吸液芯130内的工作介质为碱金属140，所述高温碱金属热管工作温度达600℃以上，沿轴向方向依次为蒸发段100、绝热段110和冷凝段120，高温碱金属热管2的蒸发段100放置于热源1中，用于吸收热量，绝热段110由绝热材料包裹，防止漏热，高温碱金属热管2的冷凝段120嵌入于铜板8内，高温碱金属热管2将热量从热源1传递至半导体温差发电器9；半导体温差发电器9热端附着于铜板8上下端面，冷端附着于冷却水板4表面；冷却水板4内通水对半导体温差发电器9进行冷却。

所述碱金属140为钾、钠或钠钾合金。

所述半导体温差发电器9为运行温度在400℃以上的中高温半导体温差发电器，由多片半导体温差发电器件组成。

本发明的目的是针对多种领域动力装置对高温静态热电转换的需求，提出的一种基于高温热管传热的静态温差发电装置，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，可用于水下航行器或太空反应堆中。

附图说明

图1为一种基于高温热管传热的静态温差发电装置示意图。

图2为高温热管示意图。

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温差发电装置，包括热源1、高温碱金属热管2、真空室3、冷却水板4、螺栓螺帽5、真空泵6、水源7、铜板8、半导体温差发电器9、蓄电池10和稳压控制模块11。所述热源1为热管提供热量，在实际应用中可拓展为各种形式的热源；所述高温碱金属热管2可高效的将所述热源1的热量传递至所述铜板8；所述半导体温差发电器9附着于所述铜板8的上下表面；所述冷却水板4安装于所述半导体温差发电器9上下两端，通过所述螺栓螺帽5将所述铜板8、半导体温差发电器9和冷却水板4呈三明治式结构夹紧；所述真空泵6将所述真空室3抽真空，保证真空环境；所述水源7为所述冷却水板4提供冷却水；所述半导体温差发电器9发出的电能通过所述稳压控制模块11进行稳压处理后输入所述蓄电池10进行储存，实现热电转换过程。半导体温差发电器9由多片半导体温差发电器件组成，热端附着于铜板8上下端面，冷端附着于冷却水板4表面；冷却水板4内通水对半导体温差发电器9进行冷却；。本发明提供了一种基于高温热管传热的静态温差发电装置，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，可用于水下航行器或太空反应堆中。

如图2所示，所述高温碱金属热管2沿轴向分为蒸发段100、绝绝热段110和冷凝段120，蒸发段100嵌入于所述热源1当中，所述绝热段120由绝热材料包裹，所述冷凝段120嵌入于所述铜板8中，所述高温碱金属热管2可高效的将所述热源1的热量传递至所述铜板8；所述高温碱金属热管2内部充有碱金属140，通常为碱金属钠、钾、钠钾合金材质；所述高温碱金属热管2内部填充有不锈钢材质的吸液芯130；所述高温碱金属热管2运行温度在600℃以上。

所述半导体温差发电器9为运行温度在400℃以上的中高温半导体温差发电器。

本发明的工作原理为：高温碱金属热管2的蒸发段100吸收热源1中的热量后，高温碱金属热管2中的碱金属140在蒸发段100处由液态逐渐转变为蒸汽，在热管的空腔中形成连续流动的碱金属蒸汽流，在冷凝段120处由蒸汽转变为液态，释放热量，通过此过程，将热量从热源1高效的传递至半导体温差发电器9。高温碱金属热管2的冷凝段120插入于铜板8之中，由于铜板8的高导热性，可以起到展平半导体温差发器9热端温度分布的作用。半导体温差发电器9基于Seebeck效应，当半导体温差发电器9热端和冷端存在温差时，半导体温差发电器9两端便可产生电能，基于此过程可以实现热量直接转化为电能的过程。水源7为冷却水板4提供冷却水，冷却半导体温差发电器9冷端，使半导体温差发电器9冷端保持低温，并带走余热。半导体温差发电器9的输出电能通过稳压控制模块11实现稳压整流过程，进而输入蓄电池10进行储存。由于半导体温差发电器4在高温运行环境下易氧化，因此上述装置需放置于真空室3中，真空室3通过真空泵抽6真空。

Claims (3)

1.一种基于高温热管传热的静态温差发电装置，其特征在于：包括热源(1)、高温碱金属热管(2)、真空室(3)、冷却水板(4)、螺栓螺帽(5)、真空泵(6)、水源(7)、铜板(8)、半导体温差发电器(9)、蓄电池(10)和稳压控制模块(11)；所述高温碱金属热管(2)一端置于热源(1)内，另一端置于铜板(8)内，热源(1)为高温碱金属热管(2)提供热量，热源(1)，高温碱金属热管(2)将所述热源(1)的热量传递至所述铜板(8)；所述半导体温差发电器(9)附着于所述铜板(8)的上下表面；所述冷却水板(4)安装于所述半导体温差发电器(9)上下两端，通过所述螺栓螺帽(5)将所述铜板(8)、半导体温差发电器(9)和冷却水板(4)呈三明治式结构夹紧；所述热源(1)、高温碱金属热管(2)、冷却水板(4)、铜板(8)和半导体温差发电器(9)置于真空室(3)内，真空室(3)连接真空泵(6)，真空泵(6)将所述真空室(3)内抽真空，保证真空环境；所述水源(7)与所述冷却水板(4)连通，为冷却水板(4)提供冷却水；所述半导体温差发电器(9)依次连接位于真空室(3)外的稳压控制模块(11)和蓄电池(10)，半导体温差发电器(9)发出的电能通过所述稳压控制模块(11)进行稳压处理后输入所述蓄电池(10)进行储存；所述高温碱金属热管(2)内为吸液芯(130)，吸液芯(130)内的工作介质为碱金属(140)，所述高温碱金属热管工作温度达600℃以上，沿轴向方向依次为蒸发段(100)、绝热段(110)和冷凝段(120)，高温碱金属热管(2)的蒸发段(100)放置于热源(1)中，用于吸收热量，绝热段(110)由绝热材料包裹，防止漏热，高温碱金属热管(2)的冷凝段(120)嵌入于铜板(8)内，高温碱金属热管(2)将热量从热源(1)传递至半导体温差发电器(9)；半导体温差发电器(9)热端附着于铜板(8)上下端面，冷端附着于冷却水板(4)表面；冷却水板(4)内通水对半导体温差发电器(9)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温差发电装置，其特征在于：所述碱金属(140)为钾、钠或钠钾合金。

3.根据权利要求1所述一种基于高温热管传热的静态温差发电装置，其特征在于：所述半导体温差发电器(9)为运行温度在400℃以上的中高温半导体温差发电器，由多片半导体温差发电器件组成。