CN110285022A - 一种冰雪能量多级利用系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及绿色能源综合利用技术领域，更具体而言，涉及一种结合温差、风力及水流发电的冰雪能量多级利用系统。该系统包括温差发电模组、风力发电模组、水力发电模组和储能装置，温差发电模组、风力发电模组、水力发电模组发电并将电能储存于储能装置中，用于直接提供用户照明与供暖器使用。本系统将现存的冰雪能通过温差发电技术、风力发电技术和水能发电技术构建一体化系统最大程度地利用冰雪资源，将其转化为持续可用的电能，达到节能减排，提供舒适生活服务的目的。弥补绿色能源的不足，实现能源消耗少，电能资源取自天然，用之于民的冰雪能量多级利用。

Description

一种冰雪能量多级利用系统
技术领域
本发明涉及绿色能源综合利用技术领域，更具体而言，涉及一种结合温差、风力及水流发电的冰雪能量多级利用系统。
背景技术
社会经济和科技的迅猛发展导致能源紧缺，电力不足。水电周期太长，且存在淹汲、移民等问题；火电燃料有限，存在温室效应问题；核电成本太高，存在安全问题。故国内外都非常重视清洁的可再生能源的开发利用，如太阳能发电、风力发电、海洋发电等。而受冰雪覆盖长达近半年的北方地区，往往只能等待冰雪的自然融化，这期间冰雪能源会全部浪费掉。
专利CN20510683184公开了一种利用空气能，冰冷能，太阳能，温差能，发电，海水淡化的方法及装置，包括冷凝系统、冷凝器、汽轮机、发电机、低沸点工质蒸发器、热源系统，具体工作过程为：用热源系统加热蒸发器中的低沸点工质，使之汽化，产生高压蒸汽，蒸汽通过汽轮机并推动汽轮机带动发电机发电，之后蒸汽进入冷凝器，由冷凝系统冷凝成液态，再送入蒸发器内进行下一循环工作，该装置可根据具体气候条件做自由组合，均可达到发电的目的。利用太阳光直射吸光材料给水袋加热，加热效率低，且待天气温度达到0℃以上才启用，运用范围狭窄，并不能很好的、方便的运用于人们的日常生活中。
发明内容
为了克服现有技术中所存在的不足，同时弥补绿色能源的不足，本发明提供一种能源消耗少，电能资源取自天然，用之于民的冰雪能量多级利用系统。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
一种冰雪能量多级利用系统，包括温差发电模组、风力发电模组、水力发电模组和储能装置，所述温差发电模组水力发电模组和储能装置从上到下依次连接，所述风力发电模组设置在温差发电模组外侧壁；所述温差发电模组用于利用冷热温度差产生电能；所述风力发电模组用于利用冷热空气形成的对流产生电能；所述水力发电模组用于将冰雪融化形成的水能转化为电能；
所述温差发电模组包括壳体和内胆，所述壳体包括外壳、内壳与隔板，所述内胆用于储存冰雪；所述外壳与内壳均为中空六棱柱构造，所述外壳与内壳中心轴线为同一条线，所述内壳内设置有内胆，外壳套设在内壳外，外壳与内壳之间的空隙构成夹层，夹层之间设置有隔板，隔板将夹层分隔成聚热通道、聚冷通道、输气管路和温差发电机放置隔间，所述聚热通道与温差发电机放置隔间构成第一直角梯形区域，所述聚冷通道为第二直角梯形区域，三个第一直角梯形区域与三个第二直角梯形区域间隔相连构成三组温差基块区域，同组温差区块区域中的第一直角梯形区域与第二直角梯形区域的斜边共边，相邻组的温差区块区域的直角梯形区域的短边共点，相邻组的温差区块区域之间间隙构成输气管道，输气管道设置有三个，输气管道下部开设有出风口，输气管道侧面与风力发电模组的容纳腔无缝焊接连接，输气管道通过出风口为风力发电模组输送风能；内胆底部设置有导水管，内胆通过导水管为水力发电模组提供水能；所述温差放置隔间内设置有温差发电机，温差发电机用于将聚热通道和内胆之间温差转换为电能；所述外壳外表面在聚热通道对应边设置有蓝膜，蓝膜外设置分别有聚光透镜板，聚光透镜板用于将太阳光聚焦到蓝膜上，蓝膜用于吸收太阳能并转换为热能，聚热通道用于存储热能并将热能形成温差发电机的热端，热能进入温差发电器，一部分转化为电能输出，剩余能量被冷端内胆内存储的冰雪吸收转化为水能；
所述风力发电模组包括容纳腔、盖体、风力发电机，所述风力发电机设置在容纳腔内，所述容纳腔开口处设置有盖体；所述风力发电机包括叶轮、发电机、发电机支架，所述发电机电机轴与叶轮固定连接，发电机底部与发电机支架固定连接，所述发电机支架为可伸缩结构，其伸缩过程通过电驱动控制；
所述水力发电模块包括水位控制器、储水箱、水位阀门、水力发电机和水力通道管，所述水位控制器设置在储水箱上部，所述水位阀门设置在储水箱底部的水管中，水管另一端延伸至水力通道管中并设置在水力发电机驱动叶轮的正上方；
所述温差发电机、风力发电机和水力发电机分别与储能装置电性连接，温差发电模组、风力发电模组和水力发电模组产生的电能储存在储能装置内，提供居民的日常生活用电。
进一步地，所述温差发电模组顶部覆盖有金属盖。
进一步地，所述内胆为六棱柱，内部开设圆柱中空区域，内胆可恰好放置在六棱柱内壳中，内胆各边小于内壳。
进一步地，所述壳体材质为不锈钢。
进一步地，所述内胆材质为不锈钢。
进一步地，所述聚冷通道内设置有泡沫塑料，用于将内胆存储的冰雪产生的冷能与外界隔绝，维持聚冷通道内聚集的冷能。
进一步地，所述聚光透镜与外壳之间设置有伸缩调节支架。用于调节聚光透镜与外壳之间距离，当无光照或刮风或下雨或下雪时，伸缩调节支架缩回，避免蓝膜面受损或污染，提高太阳能的转化效率。
进一步地，所述盖体为光控天窗。天气晴朗时，盖体关闭，风力发电机靠冰雪装置形成的气流提供风能发电；无光刮风时，盖体打开，风力发电机靠外界提供风能发电。
进一步地，所述储能装置设置在支架内。所述支架用于支撑和固定整个装置
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：
本专利发明提供了一种冰雪能量多级利用系统，将现存的冰雪能通过温差发电技术、风力发电技术和水能发电技术构建一体化系统最大程度地利用冰雪资源，将其转化为持续可用的电能，达到节能减排，提供舒适生活服务的目的。弥补绿色能源的不足，实现能源消耗少，电能资源取自天然，用之于民的冰雪能量多级利用。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种冰雪能量多级利用系统装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的温差发电模组与风力发电模组俯视图；
图3为本发明实施例提供的温差发电模组温差基块区域示意图；
图4为本发明实施例提供的内胆示意图；
图5为本发明实施例提供的温差发电模组的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的风力发电模组在无风天气下的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的风力发电模组在有风天气下的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的水力发电模组的结构示意图。
图中：1为温差发电模组、2为风力发电模组、3为水力发电模组、4为储能装置、5为金属盖、101为内胆、102为外壳、103为内壳、104为隔板、105为聚热通道、105-1为第一聚热通道、105-2为第二聚热通道、105-3为第三聚热通道、106为聚冷通道、106-1为第一聚冷通道、106-2为第二聚冷通道、106-3为第三聚冷通道、107为输气管路、107-1为第一输气管路、107-2为第二输气管路、107-3为第三输气管路、108为温差发电机放置隔间、108-1为第一温差发电机放置隔间、108-2为第二温差发电机放置隔间、108-3为第三温差发电机放置隔间、109为导水管、110为聚光透镜板、110-1为第一聚光透镜板、110-2为第二聚光透镜板、110-3为第二聚光透镜板、111为伸缩调节支架、111-1为第一伸缩调节支架、111-2为第二伸缩调节支架、111-3为第三伸缩调节支架、112为出风口、201为容纳腔、202为盖体、203为风力发电机、204为叶轮、205为发电机、206为发电机支架、301为水位控制器、302为储水箱、303为水位阀门、304为水力发电机、305为水力通道管。
具体实施方式
下面将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1-4所示，一种冰雪能量多级利用系统，包括温差发电模组1、风力发电模组2、水力发电模组3和储能装置4，所述温差发电模组1水力发电模组2和储能装置4从上到下依次连接，所述风力发电模组2设置在温差发电模组1外侧壁；所述温差发电模组1包括壳体和内胆101，壳体材质为不锈钢，所述壳体包括外壳102、内壳103与隔板104，所述外壳102与内壳103均为中空六棱柱构造，所述外壳102与内壳103中心轴线为同一条线，所述内壳103内设置有内胆101，外壳102套设在内壳103外，外壳102与内壳103之间的空隙构成夹层，夹层之间设置有隔板104，隔板104将夹层分隔成聚热通道105、聚冷通道106、输气管路107和温差发电机放置隔间108，所述聚热通道105与温差发电机放置隔间108构成第一直角梯形区域，所述聚冷通道为第二直角梯形区域，三个第一直角梯形区域与三个第二直角梯形区域间隔相连构成三组温差基块区域，如图3所示，阴影部分为温差基块区域，同组温差区块区域中的第一直角梯形区域与第二直角梯形区域的斜边共边，相邻组的温差区块区域的直角梯形区域的短边共点，相邻组的温差区块区域之间间隙构成输气管道107，输气管道107用于传输流动空气，输气管道107设置有三个，输气管道下部开设有出风口112，输气管道107侧面与风力发电模组2的容纳腔201端部无缝焊接连接，以保证输气管道107与容纳腔201连通，输气管道107通过出风口112为风力发电模组2输送风能；内胆101底部设置有导水管109，内胆101通过导水管109为水力发电模组3提供水能，导水管109用于将冰雪融化后的水导入至水力发电模组3中；所述温差放置隔间108内设置有温差发电机；所述外壳102外表面在聚热通道105对应边设置有蓝膜，蓝膜外设置分别有聚光透镜板110；所述风力发电模组2包括容纳腔201、盖体202、风力发电机203，所述风力发电机203设置在容纳腔201内，所述容纳腔201开口处设置有盖体202；所述风力发电机203包括叶轮204、发电机205、发电机支架206，所述发电机205电机轴与叶轮204固定连接，发电机205底部与发电机支架206固定连接，所述发电机支架206为可伸缩结构；所述水力发电模块3包括水位控制器301、储水箱302、水位阀门303、水力发电机304和水力通道管305，所述水位控制器301设置在储水箱302上部，所述水位阀门303设置在储水箱底部的水管中，水管另一端延伸至水力通道管305中并设置在水力发电机304驱动叶轮的正上方；所述温差发电机、风力发电机203和水力发电机304分别与储能装置电性连接，温差发电模组1、风力发电模组2和水力发电模组3产生的电能储存在储能装置4内。所述温差发电模组1顶部覆盖有金属盖5。所述内胆101为六棱柱，内部开设圆柱中空区域，内胆101底部开设导水管109，内胆101材质为不锈钢或钛钢。所述聚冷通道106内设置有泡沫塑料。所述聚光透镜110与外壳102之间设置有伸缩调节支架111。所述盖体202为光控天窗。所述储能装置4设置在支架内。
如图5所示，聚热通道105包括第一聚热通道105-1、第二聚热通道105-2和第三聚热通道105-3，聚热通道105外表面分别涂设有吸收太阳能的蓝膜，蓝膜外分别装配有用于收集太阳光的第一聚光透镜板110-1、第二聚光透镜板110-2和第三聚光透镜板110-3，聚光透镜板110与外壳102分别之间设置有第一伸缩调节支架111-1、第二伸缩调节支架111-2和第三伸缩调节支架111-3，使第一聚光透镜板110-1、第二聚光透镜板110-2和第三聚光透镜板110-3，当有一定光照时，调节第一伸缩调节支架111-1、第二伸缩调节支架111-2和第三伸缩调节支架111-3伸出，将太阳光聚焦在蓝膜上，蓝膜吸收太阳能转化成热能；当无光照或刮风或下雨或下雪时，调节第一伸缩调节支架111-1、第二伸缩调节支架111-2和第三伸缩调节支架111-3缩回，避免蓝膜面受损或污染，提高太阳能的转化效率，保证第一聚热通道105-1、第二聚热通道105-2、第三聚热通道105-3中有较高的温度；聚冷通道106包括第一聚冷通道106-1、第二聚冷通道106-2和第三聚冷通道106-3，聚冷通道106与聚热通道105间隔设置，首尾相连，连接顺序为第一聚热通道105-1、第一聚冷通道106-1、第一输气管道107-1、第二聚热通道105-2、第二聚冷通道106-2、第二输气管道107-2、第三聚热通道105-3、第三聚冷通道106-3、第三输气管道107-3，第一聚冷通道106-1、第二聚冷通道106-2和第三聚冷通道106-3内设置有泡沫塑料，将内胆101内存储的冰雪产生的冷能与外界隔绝，维持第一聚冷通道106-1、第二聚冷通道106-2和第三聚冷通道106-3内聚集的冷能。
为了有效地将冰雪能转化为电能，本发明实施例中使用的温差发电机，分别置于位于第一聚热通道105-1内侧的第一温差发电器放置隔间108-1、位于第二聚热通道105-2内侧的第二温差发电器放置隔间108-2、位于第三聚热通道105-3内侧的第三温差发电器放置隔间108-3，蓝膜将吸收的太阳能转化为热能，形成温差发电器的热端；热能进入温差发电器，一部分用于热能与冷能间的温差通过贝塞克效应转化为电能输出，剩余能量被冷端内胆101内存储的冰雪吸收转化为水能。Lauryn L B等人在“Concentrated solarthermoelectric generators”中指出当入射流为100kW/m2，热端温度为1000oC时，太阳能温差发电器可以实现15.9%的发电效率，使其可以与聚焦太阳能发电站相竞争。
为了有效利用冰雪能，本发明实施例中使用的第一输气管道107-1、第二输气管道107-2、第三输气管道107-3位于聚热通道105与聚冷通道106的间隔中，在第一输气管道107-1、第二输气管道107-2、第三输气管道107-3靠近第一聚热通道105-1、第二聚热通道105-2、第三聚热通道105-3这一侧的热空气与靠近第一聚冷通道106-1、第二聚冷通道106-2和第三聚冷通道106-3这一侧的冷空气在第一输气管道107-1、第二输气管道107-2、第三输气管道107-3内形成空气对流。
如图6-7所示，风力发电模组2包括风力发电机容纳腔201、覆盖风力发电机容纳腔201开口的盖体202、置于风力发电机容纳腔201中的风力发电机203。其中风力发电机203包括：叶轮204、与叶轮204连接的发电机205、发电机支架206、发电机支架206与发电机205底部连接，发电机支架206为点驱动的可伸缩支架；叶轮204放置于出风口112同一高度，因热能产生的热气与冷能产生的冷气在输气管道107内形成空气对流转换为风能从出风口112流出，从而带动叶轮204而沿某一方向持续旋转，叶轮204的持续旋转促使发电机205发电。具体实施：风力发电机容纳腔201开口的盖体202为，能够自动开闭，无风天气时，盖体202关闭，风力发电机203的叶轮204靠输气管路107中的气流带动旋转，风力发电机203将风能转化成电能；刮风天气时，盖体202打开，发电机支架206通过电驱动控制将风力发电机203的叶轮204伸出风力发电机容纳腔201，外界风力吹动叶轮204发电。
如图8所示，水力发电模组3包括水位控制器301、储水箱302、水位阀门303、水力发电机304、水力通道管305组成；内胆101内的冰雪释放冷能后的融水通过其底部的导水管109进入六边形储水箱302中，当水位达到一定程度时启动水位控制器301，打开水力通道管阀门303，水流冲击水力发电机304将水能转换为电能而输出实现发电，储水箱302与水力通道管305之间管道延伸至水力通道管305内部。
上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种冰雪能量多级利用系统，其特征在于：包括温差发电模组（1）、风力发电模组（2）、水力发电模组（3）和储能装置（4），所述温差发电模组（1）水力发电模组（3）和储能装置（4）从上到下依次连接，所述风力发电模组（2）设置在温差发电模组（1）外侧壁；
所述温差发电模组（1）包括壳体和内胆（101），所述壳体包括外壳（102）、内壳（103）与隔板（104），所述外壳（102）与内壳（103）均为中空六棱柱构造，所述外壳（102）与内壳（103）中心轴线为同一条线，所述内壳（103）内设置有内胆（101），外壳（102）套设在内壳（103）外，外壳（102）与内壳（103）之间的空隙构成夹层，夹层之间设置有隔板（104），隔板（104）将夹层分隔成聚热通道（105）、聚冷通道（106）、输气管路（107）和温差发电机放置隔间（108），所述聚热通道（105）与温差发电机放置隔间（108）构成第一直角梯形区域，所述聚冷通道为第二直角梯形区域，三个第一直角梯形区域与三个第二直角梯形区域间隔相连构成三组温差基块区域，同组温差区块区域中的第一直角梯形区域与第二直角梯形区域的斜边共边，相邻组的温差区块区域的直角梯形区域的短边共点，相邻组的温差区块区域之间间隙构成输气管道（107），输气管道（107）设置有三个，输气管道（107）下部开设有出风口（112），输气管道（107）侧面与风力发电模组（2）的容纳腔（201）无缝焊接连接，输气管道（107）通过出风口（112）为风力发电模组（2）输送风能；内胆（101）底部设置有导水管（109），内胆（101）通过导水管（109）为水力发电模组（3）提供水能；所述温差放置隔间（108）内设置有温差发电机；所述外壳（102）外表面在聚热通道（105）对应边设置有蓝膜，蓝膜外设置分别有聚光透镜板（110）；
所述风力发电模组（2）包括容纳腔（201）、盖体（202）、风力发电机（203），所述风力发电机（203）设置在容纳腔（201）内，所述容纳腔（201）开口处设置有盖体（202）；所述风力发电机（203）包括叶轮（204）、发电机（205）、发电机支架（206），所述发电机（205）电机轴与叶轮（204）固定连接，发电机（205）底部与发电机支架（206）固定连接，所述发电机支架（206）为可伸缩结构；
所述水力发电模块（3）包括水位控制器（301）、储水箱（302）、水位阀门（303）、水力发电机（304）和水力通道管（305），所述水位控制器（301）设置在储水箱（302）上部，所述水位阀门（303）设置在储水箱底部的水管中，水管另一端延伸至水力通道管（305）中并设置在水力发电机（304）驱动叶轮的正上方；
所述温差发电机、风力发电机（203）和水力发电机（304）分别与储能装置电性连接，温差发电模组（1）、风力发电模组（2）和水力发电模组（3）产生的电能储存在储能装置（4）内。
2.根据权利要求1所述的一种冰雪能量多级利用系统，其特征在于：所述温差发电模组（1）顶部覆盖有金属盖（5）。
3.根据权利要求1所述的一种冰雪能量多级利用系统，其特征在于：所述内胆（101）为六棱柱，内部开设圆柱中空区域。
4.根据权利要求1所述的一种冰雪能量多级利用系统，其特征在于：所述壳体材质为不锈钢。
5.根据权利要求1所述的一种冰雪能量多级利用系统，其特征在于：所述内胆（101）材质为不锈钢。
6.根据权利要求1所述的一种冰雪能量多级利用系统，其特征在于：所述聚冷通道（106）内设置有泡沫塑料。
7.根据权利要求1所述的一种冰雪能量多级利用系统，其特征在于：所述聚光透镜（110）与外壳（102）之间设置有伸缩调节支架（111）。
8.根据权利要求1所述的一种冰雪能量多级利用系统，其特征在于：所述盖体（202）为光控天窗。
9.根据权利要求1所述的一种冰雪能量多级利用系统，其特征在于：所述储能装置（4）设置在支架内。
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