CN113131794A - 一种引射冷却式温差发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种引射冷却式温差发电装置，属于海洋温差能发电技术领域。包括：温差发电腔体，底部可连接热液口，顶部设有收缩管，热液口的高温热液经温差发电腔体从顶部收缩管流出；热电片，设置在温差发电腔体外壁上；引流罩，套接在温差发电腔体外，并与温差发电腔体外壁之间形成过液缝隙；收缩管出口与引流罩之间形成压差，引流罩外侧的低温海水在压力驱动下通过引流罩底部流入过液缝隙，并在顶部与高温热液汇合流出。利用热液喷发的射流驱动周围低温海水流动，使原来的自然对流冷却方式转换为更高效的强制对流冷却方式，热电片的输出功率随热电片冷热端温度增大而提高。该装置无需额外的电能消耗,不包含运动部件，其工作可靠性高。
Description
技术领域
本发明涉及海洋温差能发电技术领域，具体地说，涉及一种引射冷却式温差发电装置。
背景技术
海底热液活动普遍，大多发生在海底地壳活动板块边界和板块内火山活动中心。海底热液成因是由于海水从地壳裂隙渗入地下遭遇炽热的熔岩成为热液。海底热液储能丰富，无污染，属于绿色可持续开发能源。
温差发电技术是一种热-电转换技术，通过热电效应，在热电片的冷热端形成温度差后，热电片可以将通过其中的热能部分转化为电能，热电片冷热端温差越大，热电片输出的电能越高。该技术不含运动部件，具有可靠性高，无需维护，可长期工作的优点。利用热电片可以将海底热液中蕴含的热能转化为电能，从而可以为海底观测活动提供电能支持。在海洋环境中热液为自然喷发状态，热液以一定初速度喷出，热液周围为低温海水。
公布号为CN104283463A的中国专利文献公开了一种海底热液温差发电装置，包括塔基和塔身两部分，塔身由内、外两层组成，在塔身内、外层之间嵌入半导体温差发电模块，半导体温差发电模块的热端面紧贴塔身内层，其冷端面紧贴塔身外层；塔身在垂直方向划分成若干分层，在每一分层上嵌入若干个半导体温差发电模块，相同分层上的半导体温差发电模块的电源输出端口按照正、负极串联方式连接，不同分层上的正、负电压输出并联连接，作为整个装置的电能输出端线。该专利申请利用海底热液和周边海水的稳定温差，使得半导体温差发电具备合适的环境条件，通过半导体温差发电模块的串、并联连接方式，扩大输出电能容量。
为维持热电片正常发电所需要的温差，陆地使用热电片发电装置冷端通常采用强制冷却方式，如强制水冷或者风冷。在热液口工作的温差发电装置热端可以在喷发热液的作用下持续被加热，而冷端在自然对流的冷却方式下冷端散热能力不足，在深海热液的高压环境下，难以采用普通的强制冷却方式，首先强制冷却方式需要消耗额外的电能，其次冷却装置存在运动部件，在深海热液环境下的可靠性降低，无法满足深海长期发电，免维护的要求。而采用自然冷却方式，其冷端散热效率低，导致热电片冷热端温差减小，发电效率降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种引射冷却式温差发电装置，该装置无需额外的电能消耗，通过利用热液喷发射流的动能驱动低温海水对温差发电装置的冷端进行散热，能够增强冷端能力增大热电片温差，从而在无额外电能消耗的情况下提高发电效率。
为了实现上述目的，本发明提供的引射冷却式温差发电装置包括：
温差发电腔体，底部可连接热液口，顶部设有收缩管，热液口的高温热液经温差发电腔体从顶部收缩管流出；
热电片，安装在温差发电腔外侧槽体中；
引流罩，套接在所述温差发电腔体外，并与温差发电腔体外壁之间形成过液缝隙；所述收缩管出口与所述引流罩之间形成压差，引流罩外侧的低温海水在压力驱动下通过引流罩底部流入过液缝隙，并在顶部与高温热液汇合流出。
上述技术方案中，利用热液喷发的射流驱动周围低温海水流动，达到对热电器冷端散热的目的，使原来的自然对流冷却方式转换为更高效的强制对流冷却方式，热电片的输出功率随热电片冷热端温度增大而提高。该装置无需额外的电能消耗，且该装置不包含运动部件，可以适应海底热液的工作环境。
可选地，在一个实施例中，所述的温差发电腔体与所述引流罩之间设有连接件。
可选地，在一个实施例中，所述的连接件为支撑在所述温差发电腔体与所述引流罩之间的镂空筒体。
可选地，在一个实施例中，所述的引流罩的顶端为收口设置。
可选地，在一个实施例中，所述的温差发电腔体的外壁上设有用于安装所述热电片的安装槽。
可选地，在一个实施例中，所述的安装槽设置为纵向槽体，并沿温差发电腔体外壁的周向布置。
可选地，在一个实施例中，所述的热电片的冷端设有散热翅片，热电片与散热翅片之间采用耐高温无机胶灌封。
可选地，在一个实施例中，所述的引流罩的底端高度高于所述温差发电腔体的底端。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
本发明利用热液口喷发流体的动能，通过收缩管对流体加速，利用流速快的热液在收缩管出口处形成低压区，通过压差将温差发电器周围的低温海水引入到引流罩与散热片之间的区域，形成流动的冷却。该结构无需额外的电能驱动，利用原有热液口喷发液体的动能达到对温差发电装置流动冷却目的，其次该结构不存在运动部件，其可靠性高，能够长期稳定工作。
附图说明
图1为本发明实施例中引射冷却式温差发电装置的剖视图；
图2为本发明实施例中引射冷却式温差发电装置的爆炸图；
图3为本发明实施例中引射冷却式温差发电装置的流体流动方向示意图；
图4为本发明实施例中引射冷却式温差发电装置的内部尺寸设计图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
实施例
参见图1和图2，本实施例的引射冷却式温差发电装置包括引流罩1、连接件2、收缩管3、温差发电器腔体4、热电片5、散热翅片6。收缩管3通过螺纹连接安装于温差发电器腔体4的出口处，收缩管3的内腔与温差发电器腔体4内腔同心。连接件2一端与引流罩1出口连接并保证同心，另一端与收缩管3连接。连接件2为支撑在温差发电腔体4与引流罩1之间的镂空筒体，起到支撑及保证引流罩1与温差发电器腔体4同心的作用。引流罩1与温差发电器腔体4外壁之间形成过液缝隙，收缩管3出口与引流罩1之间形成压差，引流罩1外侧的低温海水在压力驱动下通过引流罩1底部流入过液缝隙，并在顶部与高温热液汇合流出。热电片5密封安装于温差发电器腔体4外壁上，散热翅片6安装于热电片5的冷端。
本实施例的引射冷却式温差发电装置的工作原理为：
首先按照图1将各部件装配形成整体。
将引射冷却式温差发电装置安装于热液口正上方，如图3所示，使温差发电器腔体4的内腔与热液喷口同心。热液喷口喷发出的高温热液7进入温差发电器腔体4的内腔，热量通过热传导作用通过温差发电器腔体4的壁面传递至热电片5的热端。热液继续向收缩管3方向流动，当热液流经收缩管3出口时，由于收缩管3的出口处横截面积缩小，流经该处的热液流速加快，形成射流。收缩管3流出的热液在出口与引流罩1之间的区域形成低压区，引流罩1外侧的低温海水8在压力驱动下通过引流罩1底部流入，形成热液射流对低温海水的引射驱动，低温海水在流经温差发电器腔体4与引流罩1之间的环形区域时，通过对流传热带走热电片5冷端散发出的热量，从而达到对热电片5的冷却目的。由此在热电片5的冷热两端可形成更高的温差，提高发电效率。
如图4所示，通过优化收缩管出口半径Rn，喉管长度Lc，喉管入口内径Rc，可以提高引射装置的冷却水流量，提高冷却能力。各参数对流量的影响如表格1-3所示：
表1.收缩管出口半径Rn对引射流量的影响
表2.喉管长度Lc对引射流量的影响
表3.喉管入口半径Rn对引射流量的影响
针对确定的热液喷口直径及喷发速度，通过优化喷射装置的结构参数，可以获得最佳的引射冷却效果。
Claims (8)
1.一种引射冷却式温差发电装置，其特征在于，包括：
温差发电腔体，底部可连接热液口，顶部设有收缩管，热液口的高温热液经温差发电腔体从顶部收缩管流出；
热电片，设置在温差发电腔体外壁上；
引流罩，套接在所述温差发电腔体外，并与温差发电腔体外壁之间形成过液缝隙；所述收缩管出口与所述引流罩之间形成压差，引流罩外侧的低温海水在压力驱动下通过引流罩底部流入过液缝隙，并在顶部与高温热液汇合流出。
2.根据权利要求1所述的引射冷却式温差发电装置，其特征在于，所述的温差发电腔体与所述引流罩之间设有连接件。
3.根据权利要求2所述的引射冷却式温差发电装置，其特征在于，所述的连接件为支撑在所述温差发电腔体与所述引流罩之间的镂空筒体。
4.根据权利要求1所述的引射冷却式温差发电装置，其特征在于，所述的引流罩的顶端为收口设置。
5.根据权利要求1所述的引射冷却式温差发电装置，其特征在于，所述的温差发电腔体的外壁上设有用于安装所述热电片的安装槽。
6.根据权利要求5所述的引射冷却式温差发电装置，其特征在于，所述的安装槽设置为纵向槽体，并沿温差发电腔体外壁的周向布置。
7.根据权利要求1所述的引射冷却式温差发电装置，其特征在于，所述的热电片的冷端设有散热翅片，热电片与散热翅片之间采用耐高温无机胶灌封。
8.根据权利要求1所述的引射冷却式温差发电装置，其特征在于，所述的引流罩的底端高度高于所述温差发电腔体的底端。
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| 周怀阳，彭晓彤等: ""海底热液口原位多点温度测量系统的机电集成与实现"", 《《中国科学》杂志社》 * |
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