CN109742976B - 一种基于高温热管传热的静态温差发电装置 - Google Patents

一种基于高温热管传热的静态温差发电装置 Download PDF

Info

Publication number
CN109742976B
CN109742976B CN201811597239.6A CN201811597239A CN109742976B CN 109742976 B CN109742976 B CN 109742976B CN 201811597239 A CN201811597239 A CN 201811597239A CN 109742976 B CN109742976 B CN 109742976B
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
alkali metal
heat pipe
thermoelectric generator
semiconductor thermoelectric
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811597239.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109742976A (zh
Inventor
王成龙
唐思邈
苏光辉
田文喜
秋穗正
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN201811597239.6A priority Critical patent/CN109742976B/zh
Publication of CN109742976A publication Critical patent/CN109742976A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109742976B publication Critical patent/CN109742976B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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，所述热源(1)代表核反应堆裂变产生的热源，具有一定剂量的中子辐照以及光子辐照特性，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；所述真空室(3)可以为中高温半导体温差发电器(9)提供无氧环境，防止中高温半导体温差发电器(9)因氧化造成热电转换性能衰退；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(2)内的碱金属工质依靠吸液芯(130)的毛细力进行回流，不依靠重力，所述基于高温热管传热的静态温差发电装置可在任意角度以及无重力环境下正常运行；所述碱金属(140)在核反应堆辐照环境下具有稳定的物理化学性质，经辐照后不会产生不凝气体进而导致高温碱金属热管(2)失效；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；所述半导体温差发电器(9)微观结构稳定，在受到一定剂量光子辐照后不会产生明显的性能衰退；所述一种基于高温热管传热的静态温差发电装置是针对未来太空核反应堆及其他可移动式小型核反应堆所设计的一种全静态非能动能量传输及热电转换一体化装置，可实现对可控链式核反应产生的裂变热的非能动静态输运及转换。
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。
CN201811597239.6A 2018-12-26 2018-12-26 一种基于高温热管传热的静态温差发电装置 Active CN109742976B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811597239.6A CN109742976B (zh) 2018-12-26 2018-12-26 一种基于高温热管传热的静态温差发电装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811597239.6A CN109742976B (zh) 2018-12-26 2018-12-26 一种基于高温热管传热的静态温差发电装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109742976A CN109742976A (zh) 2019-05-10
CN109742976B true CN109742976B (zh) 2020-08-14

Family

ID=66361236

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811597239.6A Active CN109742976B (zh) 2018-12-26 2018-12-26 一种基于高温热管传热的静态温差发电装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109742976B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110726317B (zh) * 2019-09-05 2020-10-30 浙江大学 一种有温差发电驱动和温度预警的超声波脉动热管散热器
CN110729067A (zh) * 2019-10-31 2020-01-24 哈尔滨工程大学 一种用于水下无人潜器的核电源系统
CN110752786A (zh) * 2019-10-31 2020-02-04 哈尔滨工程大学 一种用于深海水下平台的碱金属热电转换装置
CN111076579B (zh) * 2019-12-31 2021-06-22 中国核动力研究设计院 一种采用电磁泵辅助驱动的碱金属热管及其传热方法
CN111403059A (zh) * 2020-03-23 2020-07-10 西安交通大学 一种多用途双模式核反应堆电源
CN112468020A (zh) * 2020-12-11 2021-03-09 沈阳工程学院 可拆分组合的中小型半导体温差发电机
CN113567879B (zh) * 2021-07-19 2022-05-06 西安交通大学 一种动静态转换小型核电源实验装置
CN114033640B (zh) * 2021-11-12 2023-10-03 西安交通大学 一种采用温差发电技术的热管堆地面试验装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201383776Y (zh) * 2009-03-18 2010-01-13 陈绍勇 一种用保温瓶冷/热水温差发电的多功能家用电器
WO2014101300A1 (zh) * 2012-12-28 2014-07-03 兰州金福乐生物工程有限公司 一种自然热能转换存储装置
CN103944452B (zh) * 2014-04-10 2016-01-27 浙江大学 一种深海热液温差能发电装置
CN204304839U (zh) * 2014-11-13 2015-04-29 西安博昱新能源有限公司 一种利用太阳能的温差发电装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN109742976A (zh) 2019-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109742976B (zh) 一种基于高温热管传热的静态温差发电装置
JP6280275B2 (ja) 特性吸収スペクトルに基づくガス吸熱による太陽熱発電方法及び装置
CN101826823B (zh) 热电转换型太阳能热发电系统
CN111403059A (zh) 一种多用途双模式核反应堆电源
CN111524624A (zh) 一种热离子转换与布雷顿循环联合发电反应堆系统
CN101630931B (zh) 一种核能与碱金属热电转换装置联合发电装置
RU2508460C1 (ru) Космическая энергетическая установка с машинным преобразованием энергии
CN103151966A (zh) 地热源热电转换装置
CN101645674A (zh) 液态金属冷却的聚焦型太阳能热离子发电装置
CN109741848A (zh) 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
CN101867331A (zh) 一种昼夜不间断发电的太阳能热声斯特林发电装置
CN107061201A (zh) 一种光伏光热耦合热电联产系统及方法
Xu et al. Experimental study on performances of flat-plate pulsating heat pipes coupled with thermoelectric generators for power generation
CN101325386A (zh) 管道式余热回收半导体温差发电方法及装置
KR101908138B1 (ko) 미크론 이하의 간극을 갖는 대형의 미소간극 열적 광발전 방법 및 장치
TWI427250B (zh) 浮力式太陽集熱動力裝置
CN201398163Y (zh) 一种水管式温差发电管以及温差发电装置
CN201270483Y (zh) 液态金属冷却的聚焦型太阳能热离子发电装置
CN202334390U (zh) 一种具有功能梯度热电臂的环形阵列温差发电器
CN108869213B (zh) 光子增强热离子发射与二氧化碳循环联合发电装置及方法
Li et al. Performance analysis of a dish solar thermal power system with lunar regolith heat storage for continuous energy supply of lunar base
CN109842323A (zh) 一种废气余热发电的装置
CN110190780B (zh) 耦合温差发电系统
CN103486890A (zh) 一种太阳能驱动散热装置
CN102678490B (zh) 一种联合发电系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant