CN110190780B - 耦合温差发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耦合温差发电系统，属于电能源技术领域，包括温差发电片和吸附制冷系统，所述吸附制冷系统应用热量源产生的低温源作为温差发电片的冷源；所述热量源作为温差发电片的热源，所述热量源为太阳能或余热。本发明通过太阳能或余热等热量源驱动吸附制冷系统产生低温，作为温差发电片的冷源，太阳能或余热等热量源作为温差发电片的热源，通过吸附制冷系统来提高温差发电片两端的温差，提高发电效率，且不需要额外的制冷能源，具有更高的热发电效率和输出电压。

Description

耦合温差发电系统
技术领域
本发明属于电能源技术领域，尤其涉及一种耦合温差发电系统。
背景技术
随着传统能源的不断减少和人们环保意识的不断加强，人们越来越注重清洁能源的应用。清洁能源包括太阳能、风能、热能、海洋能等能量。目前，人们也开始关注温差发电技术，温差发电的基本原理为塞贝克效应，是利用热电材料两侧的温度差产生电流，是一种利用热能进行发电的技术，属于绿色环保的发电方式，其广泛应用于航空、军事等领域。
现有的温差发电装置，如申请号“20181080151.3”公开的一种超宽区域温差发电系统，是采用升压转换与超级电容器存储实现温差发电的应用。如申请号“20181077963.6”公开的一种太阳能电转换装置，是涉及一种利用太阳能的热能与散热片制造温差进行发电的。如申请号“20181073087.3”公开的一种温差发电装置，是利用燃料燃烧与散热块来制造温差。这些装置都是制造温差利用温差发电材料来发电的，只局限于利用高温，在低温端仅采用散热技术，未充分发挥低温端的作用。
发明内容
本发明的目的是提供一种耦合温差发电系统，旨在解决上述现有技术中仅利用高温端的温度，在低温端仅采用散热技术，而未充分发挥低温端作用的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种耦合温差发电系统，包括温差发电片和吸附制冷系统，所述吸附制冷系统应用热量源产生的低温源作为温差发电片的冷源；所述热量源作为温差发电片的热源，所述热量源为太阳能或余热。
优选的，所述吸附制冷系统包括内设密闭腔体的发生器和冷凝器，所述发生器内设有吸附工质对，经过热量源的管路一与支路一、支路二并联连接，所述管路一内介质吸收热量源的热能后，通过支路一与发生器内的吸附工质对进行热交换；所述管路一内介质通过支路二将热量源的热能输送至温差发电片的热端；管路一内介质经发生器及温差发电片的热端降温后再回流至管路一经热量源处重新吸热；
发生器内的吸附工质对吸热后进行脱附，冷凝后的制冷剂经支路三进入冷凝器，所述支路三上设有散热片和阀门一；关闭支路三上阀门一及支路一上阀门，发生器停止加热并降温，降温后的发生器内形成负压；打开发生器与冷凝器之间支路四上阀门二，冷凝器中的制冷剂液体在负压作用下挥发并进入发生器，挥发产生吸热导致冷凝器温度下降，形成低温源；
所述冷凝器通过管路二与温差发电片的冷端相连，管路二中冷媒与冷凝器热交换后输送至温差发电片的冷端，作为温差发电片的冷源。
优选的，所述吸附工质对为活性炭-甲醇、沸石-水、硅胶-水、金属氢化物-氢、氯化钙-氨或氯化锶-氨。
优选的，所述温差发电片包括上绝缘导热板、下绝缘导热板、热电材料及导流片，所述热电材料设置于上绝缘导热板与下绝缘导热板之间，热电材料产生的电流通过导流片引出；所述温差发电片的温差发电材料为Skuttellldite热电材料、金属硅化物型热电材料或聚合物热电材料。
优选的，所述Skuttellldite热电材料选用PbTe或Bi2Te3。
优选的，所述金属硅化物型热电材料选用SiGe或SiRe2。
优选的，所述聚合物热电材料选用对聚苯胺、聚吡咯、聚乙炔或聚噻吩。
优选的，所述发生器和冷凝器的顶部均安装压力表和泄压阀。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：与现有技术相比，本发明通过太阳能或余热等热量源驱动吸附制冷系统产生低温，作为温差发电片的冷源，太阳能或余热等热量源作为温差发电片的热源，通过吸附制冷系统提高温差发电片两端的温差，提高发电效率，且不需要额外的制冷能源，具有更高的热发电效率和输出电压。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例提供的一种耦合温差发电系统的结构示意图；
图中：1-温差发电片，2-热量源，3-发生器，4-冷凝器，5-管路一，6-支路一，7-支路二，8-支路三，9-散热片，10-阀门一，11-支路四，12-阀门二，13-管路二，14-压力表，15-泄压阀。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示的一种耦合温差发电系统，包括温差发电片1和吸附制冷系统，所述吸附制冷系统应用热量源2产生的低温源作为温差发电片1的冷源；所述热量源2作为温差发电片1的热源，所述热量源2为太阳能或余热。利用太阳能或余热等热量源驱动吸附制冷系统产生低温，作为温差发电片的冷源，太阳能或余热等热量源作为温差发电片的热源；利用吸附制冷系统提高温差发电片两端的温差，进而提高发电效率及输出电压；同时吸附制冷系统不需要额外的制冷能源。
作为一种优选结构，如图1所示，所述吸附制冷系统包括内设密闭腔体的发生器3和冷凝器4，所述发生器3内设有吸附工质对，经过热量源2的管路一5与支路一6、支路二7并联连接，支路一6环绕在发生器3的外壁，或支路一6部分贯穿发生器3外壁呈螺旋状盘绕在发生器3内；所述管路一5内介质吸收热量源2的热能后，通过支路一6与发生器3内的吸附工质对进行热交换；所述管路一5内介质通过支路二7将热量源2的热能输送至温差发电片1的热端；管路一5内介质经发生器3及温差发电片1的热端降温后再回流至管路一5经热量源2处重新吸热；发生器3内的吸附工质对吸热后进行脱附，冷凝后的制冷剂经支路三8进入冷凝器4，所述支路三8上设有散热片9和阀门一10；关闭支路三8上阀门一10及支路一6上阀门，发生器3停止加热并降温，降温后的发生器3内形成负压；打开发生器3与冷凝器4之间支路四11上阀门二12，冷凝器4中的制冷剂液体在负压作用下挥发并进入发生器，挥发产生吸热导致冷凝器4温度下降，形成低温源。所述冷凝器4通过管路二13与温差发电片1的冷端相连，管路二13环绕在冷凝器4的外壁，或管路二13部分贯穿冷凝器4外壁呈螺旋状盘绕在冷凝器4内部；管路二13中冷媒与冷凝器4热交换后输送至温差发电片1的冷端，作为温差发电片1的冷源。
另外，可在管路一5上加装热能泵及在管路二13上加装冷媒泵，能够提高管路一内介质及管路二内冷媒的流动速度，进而提高工作效率。
其中，所述吸附工质对可选用活性炭-甲醇、沸石-水、硅胶-水、金属氢化物-氢、氯化钙-氨、氯化锶-氨等。
温差发电片1包括上绝缘导热板、下绝缘导热板、热电材料及导流片，所述热电材料设置于上绝缘导热板与下绝缘导热板之间，热电材料产生的电流通过导流片引出；所述温差发电材料为Skuttellldite热电材料、金属硅化物型热电材料、聚合物热电材料等。也可以选用金属氧化物热电材料、纳米超晶格热电材料、电子晶体-声子玻璃热电材料等。
其中，Skuttellldite热电材料优选PbTe或Bi2Te3；金属硅化物型热电材料选用SiGe或SiRe2。聚合物热电材料优选对聚苯胺、聚吡咯、聚乙炔或聚噻吩。
为了保证发生器及冷凝器运行安全，通过在发生器3和冷凝器4的顶部均安装压力表14和泄压阀15，以便随时监控发生器及冷凝器的压力。
注意：将温差发电片两侧的冷端与热端利用螺栓压紧固定在热电材料两侧，为了保证发电量足够大，安装时冷、热源一定要将热电材料发电片压紧，发电量与压力有一定的关系，压力大、发电量大；同时保证冷源温度尽可能的低，相同温差下，冷源温度低，发电量大。
在本发明的一个具体实施例中，采用活性炭-甲醇作为吸附工质对，以槽式太阳能聚光装置作为热源，SUJIAER SP1848-27145型温差发电片，太阳能集热装置产生120℃热水，热水在管路一中流动过程中，驱动吸附制冷系统，通过冷凝器制冷，控制冷媒泵驱动管路二中冷媒对温差发电片的冷端提供冷源，将冷源温度控制在5摄氏度，在温差发电片两侧产生了115℃温差。对应的温差发电片电压4.8V，电流0.669A。
而无吸附制冷系统的对比例中，仅依靠热源温度与室温环境产生的温差为90℃，对应的发电片电压为3.8V，电流为0.56A。
综上所述，本发明具有结构简单、发电效率高、输出电压高的优点，无需额外增加制冷能源输入，仅利用太阳能、余热等热源的热量在热电材料一侧产生高温，同时发生器内吸附工质对中的制冷剂吸热脱附转化为液态，液态制冷剂经散热片散热后进入冷凝器后再挥发吸热，为热电材料另一侧提供低温源；挥发为气体的制冷剂又进入发生器与固体吸附剂结合，循环重复吸热制冷过程，持续为温差发电片提供温差。本发明提供了一种在无附加热源（单一热源如太阳能、余热等）情况下扩大热电材料两侧的温差，并利用此温差发电，有效提高热电效率和输出电压的系统。本发明可用于低成本、高效率的热发电技术。
在上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受上面公开的具体实施例的限制。

Claims (7)

1.一种耦合温差发电系统，其特征在于：包括温差发电片和吸附制冷系统，所述吸附制冷系统应用热量源产生的低温源作为温差发电片的冷源；所述热量源作为温差发电片的热源，所述热量源为太阳能或余热；所述吸附制冷系统包括内设密闭腔体的发生器和冷凝器，所述发生器内设有吸附工质对，经过热量源的管路一与支路一、支路二并联连接，所述管路一内介质吸收热量源的热能后，通过支路一与发生器内的吸附工质对进行热交换；所述管路一内介质通过支路二将热量源的热能输送至温差发电片的热端；管路一内介质经发生器及温差发电片的热端降温后再回流至管路一经热量源处重新吸热；
发生器内的吸附工质对吸热后进行脱附，冷凝后的制冷剂经支路三进入冷凝器，所述支路三上设有散热片和阀门一；关闭支路三上阀门一及支路一上阀门，发生器停止加热并降温，降温后的发生器内形成负压；打开发生器与冷凝器之间支路四上阀门二，冷凝器中的制冷剂液体在负压作用下挥发并进入发生器，挥发产生吸热导致冷凝器温度下降，形成低温源；
所述冷凝器通过管路二与温差发电片的冷端相连，管路二中冷媒与冷凝器热交换后输送至温差发电片的冷端，作为温差发电片的冷源。
2.根据权利要求1所述的耦合温差发电系统，其特征在于：所述吸附工质对为活性炭-甲醇、沸石分子筛-水、硅胶-水、金属氢化物-氢、氯化钙-氨或氯化锶-氨。
3.根据权利要求1所述的耦合温差发电系统，其特征在于：所述温差发电片包括上绝缘导热板、下绝缘导热板、热电材料及导流片，所述热电材料设置于上绝缘导热板与下绝缘导热板之间，热电材料产生的电流通过导流片引出；所述温差发电材料为Skuttellldite热电材料、金属硅化物型热电材料或聚合物热电材料。
4.根据权利要求3所述的耦合温差发电系统，其特征在于：所述Skuttellldite热电材料选用PbTe或Bi2Te3。
5.根据权利要求3所述的耦合温差发电系统，其特征在于：所述金属硅化物型热电材料选用SiGe或SiRe2。
6.根据权利要求3所述的耦合温差发电系统，其特征在于：所述聚合物热电材料选用对聚苯胺、聚吡咯、聚乙炔或聚噻吩。
7.根据权利要求1所述的耦合温差发电系统，其特征在于：所述发生器和冷凝器的顶部均安装压力表和泄压阀。
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