CN115765524A - 小型海上太阳能温差发电装置的构建及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型海上太阳能温差发电装置的构建及工作方法，解决了现有设备存在的设备维护成本高，使用寿命短和不适合小型化的问题；包括海水（6），在海水（6）中漂浮有隔热箱体（5），在隔热箱体（5）的顶端面上，设置有太阳能集热组件（1），在隔热箱体（5）的底端面上，连接有温差发电单元框架（2），在温差发电单元框架（2）的下底面上，连接有海浪能隔膜泵（3），太阳能集热组件（1）、隔热箱体（5）、温差发电单元框架（2）和海浪能隔膜泵（3），组成了一个密闭的箱型空间；传热介质在一上封闭系统中循环，完成将热能转变成电能的任务；寿命高，维护成本低。

Description

小型海上太阳能温差发电装置的构建及工作方法

技术领域

本发明涉及一种利用太阳能的发电装置，特别涉及一种小型海上太阳能温差发电装置及其发电方法。

背景技术

现有的海上太阳能发电设备，基本上与陆地上的太阳能发电装置类似，是采用光伏板进行发电的；近几年来，出现了利用温差发电的技术方案，它是利用高温蒸汽进入涡轮机，通过涡轮机，将温差转换成机械能，再将机械能转换成电能；这种温差发电技术方案，存在系统复杂，只适合大型发电场所，不适合小型化场所，系统灵活性差，其中的机械设备和转动部件维护频率高，维护成本也高，设备寿命短的问题。

发明内容

本发明提供了一种小型海上太阳能温差发电装置的构建及工作方法，解决了现有设备存在的设备维护成本高，使用寿命短和不适合小型化的技术问题。

一种小型海上太阳能温差发电装置，包括海水，在海水中漂浮有隔热箱体，在隔热箱体的顶端面上，设置有太阳能集热组件，在隔热箱体的底端面上，连接有温差发电单元框架，在温差发电单元框架的下底面上，连接有海浪能隔膜泵，太阳能集热组件、隔热箱体、温差发电单元框架和海浪能隔膜泵，组成了一个密闭的箱型空间；在太阳能集热组件的顶端，设置有可透过太阳光的透明玻璃盖板，隔热箱体的方形外壳体与其顶端面上的透明玻璃盖板组成太阳能集热密闭空间，在太阳能集热密闭空间内设置有并联的铜管管排，并联的铜管管排的一端与换热后传热介质集管连通在一起，并联的铜管管排的另一端，与吸热后传热介质集管连通在一起；在温差发电单元框架的四周外侧立面上，设置有带散热翅片的外换热板，四块外换热板组成了一个方形的温差发电单元框架的外换热板框，在外换热板的内侧面上，设置有温差发电半导体板，在温差发电半导体板内侧面上，设置有内换热板，在内换热板内，设置有供传热介质流通的蛇形流道，四块内换热板中的蛇形流道，是依次首尾相接的，在蛇形流道的一端，设置有发电单元传热介质入口，在蛇形流道的另一端，设置有发电单元传热介质出口；在海浪能隔膜泵的上端，设置有隔膜泵腔体，隔膜泵腔体的四周外侧面与外换热板框的四个内侧立面密封连接在一起，在隔膜泵腔体的上顶面上，分别设置有隔膜泵传热介质出口和隔膜泵传热介质入口，在隔膜泵腔体的下底面隔膜上，连接有连接柱，在连接柱的下端连接有方形阻尼隔膜板，在隔膜泵传热介质出口中，设置有传热介质只能出不能进单向阀，在隔膜泵传热介质入口中，设置有传热介质只能进不能出单向阀；在吸热后传热介质集管上设置有热介质输出口，热介质输出口与发电单元传热介质入口连通在一起，发电单元传热介质出口与隔膜泵传热介质入口连通在一起，隔膜泵传热介质出口与换热后传热介质集管上的冷介质输入口连通在一起。

在铜管管排中相邻的两铜管之间设置有导热铜板；在透明玻璃盖板与隔热箱体之间设置有密封胶；相邻两内换热板上的蛇形流道是通过循环管连通在一起的。

一种小型海上太阳能温差发电装置的构建及工作方法，包括海水，在海水中漂浮有隔热箱体，在隔热箱体的顶端面上，设置太阳能集热组件，在隔热箱体的底端面上，连接温差发电单元框架，在温差发电单元框架的下底面上，连接海浪能隔膜泵，太阳能集热组件、隔热箱体、温差发电单元框架和海浪能隔膜泵，组成了一个密闭的箱型空间；其特征在于以下步骤：

第一步、先加工出隔热箱体的方形外壳体，在箱型的方形外壳体中，分别设置换热后传热介质集管、铜管管排和吸热后传热介质集管，将并联的铜管管排的一端与换热后传热介质集管连通，将并联的铜管管排的另一端与吸热后传热介质集管连通；在方形外壳体的顶端设置透明玻璃盖板，使隔热箱体组成了一个接收太阳光照的太阳能集热密闭空间；

第二步、加工内换热板，在内换热板内，设置供传热介质流通的蛇形流道；加工出外换热板，在外换热板的外侧立面上设置有散热翅片；用四块外换热板组成一个方形的温差发电单元框架的外换热板框，在外换热板的内侧面上，设置温差发电半导体板，在温差发电半导体板内侧面上，设置内换热板，在内换热板内，四块内换热板中的蛇形流道，是依次首尾相接的，在蛇形流道的一端，设置发电单元传热介质入口，在蛇形流道的另一端，设置发电单元传热介质出口；

第三步、将第二步加工出的温差发电单元框架连接到第一步加工出的隔热箱体的下底面上；并使发电单元传热介质入口与吸热后传热介质集管连通在一起；

第四步、将海浪能隔膜泵连接到温差发电单元框架的下底面上；在海浪能隔膜泵的上端，设置有隔膜泵腔体，将隔膜泵腔体的四周外侧面与外换热板框的四个内侧立面密封连接在一起，在隔膜泵腔体的上顶面上，分别设置有隔膜泵传热介质出口和隔膜泵传热介质入口，在隔膜泵腔体的下底面隔膜上，连接有连接柱，在连接柱的下端连接有方形阻尼隔膜板，在隔膜泵传热介质出口中，设置有传热介质只能出不能进单向阀，在隔膜泵传热介质入口中，设置有传热介质只能进不能出单向阀；在吸热后传热介质集管上设置有热介质输出口，热介质输出口与发电单元传热介质入口连通在一起，发电单元传热介质出口与隔膜泵传热介质入口连通在一起，隔膜泵传热介质出口与换热后传热介质集管上的冷介质输入口连通在一起；

第五步、在由换热后传热介质集管、并联的铜管管排、吸热后传热介质集管、四块内换热板中的蛇形流道和隔膜泵腔体组成的传热介质的循环流动空间内，注入传热介质；

第六步、将经过以上五步完成的太阳能温差发电装置放入到海水中，并使其漂浮在海面上；

第七步、海浪通过方形阻尼隔膜板上下移动，使隔膜泵腔体的体积随海浪发生收缩和扩张，使传热介质在第五步所述的传热介质的循环流动空间内反复循环；与此同时，流经铜管管排的传热介质吸收太阳光照被加热，被加热的传热介质进入到蛇形流道中，使温差发电半导体板的内侧与外侧面形成温差，完成发电工作，即将传热介质的热能转化为电能，降温后的传热介质进入到隔膜泵腔体中，通过海浪推动，被泵入到换热后传热介质集管中，进入到换热后传热介质集管中的传热介质，再次流经铜管管排吸收太阳能光照，如此循环，进行发电。

发电系统结构简单，不需要复杂的水轮机系统，造价低，易实现小型化。由于内部没有机械旋转部件，因此寿命也比较高，维护成本低。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的隔热箱体5的结构示意图；

图3是本发明的温差发电单元框架2的结构示意图；

图4是本发明的海浪能隔膜泵3的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明：

一种小型海上太阳能温差发电装置，包括海水6，在海水6中漂浮有隔热箱体5，在隔热箱体5的顶端面上，设置有太阳能集热组件1，在隔热箱体5的底端面上，连接有温差发电单元框架2，在温差发电单元框架2的下底面上，连接有海浪能隔膜泵3，太阳能集热组件1、隔热箱体5、温差发电单元框架2和海浪能隔膜泵3，组成了一个密闭的箱型空间；在太阳能集热组件1的顶端，设置有可透过太阳光的透明玻璃盖板11，隔热箱体5的方形外壳体12与其顶端面上的透明玻璃盖板11组成太阳能集热密闭空间，在太阳能集热密闭空间内设置有并联的铜管管排13，并联的铜管管排13的一端与换热后传热介质集管14连通在一起，并联的铜管管排13的另一端，与吸热后传热介质集管连通在一起；在温差发电单元框架2的四周外侧立面上，设置有带散热翅片的外换热板21，四块外换热板21组成了一个方形的温差发电单元框架的外换热板框，在外换热板21的内侧面上，设置有温差发电半导体板22，在温差发电半导体板22内侧面上，设置有内换热板23，在内换热板23内，设置有供传热介质流通的蛇形流道24，四块内换热板23中的蛇形流道24，是依次首尾相接的，在蛇形流道24的一端，设置有发电单元传热介质入口25，在蛇形流道24的另一端，设置有发电单元传热介质出口；在海浪能隔膜泵3的上端，设置有隔膜泵腔体33，隔膜泵腔体33的四周外侧面与外换热板框的四个内侧立面密封连接在一起，在隔膜泵腔体33的上顶面上，分别设置有隔膜泵传热介质出口35和隔膜泵传热介质入口36，在隔膜泵腔体33的下底面隔膜321上，连接有连接柱322，在连接柱322的下端连接有方形阻尼隔膜板32，在隔膜泵传热介质出口35中，设置有传热介质只能出不能进单向阀34，在隔膜泵传热介质入口36中，设置有传热介质只能进不能出单向阀31；在吸热后传热介质集管上设置有热介质输出口，热介质输出口与发电单元传热介质入口25连通在一起，发电单元传热介质出口与隔膜泵传热介质入口36连通在一起，隔膜泵传热介质出口35与换热后传热介质集管14上的冷介质输入口连通在一起。

在铜管管排13中相邻的两铜管之间设置有导热铜板15；在透明玻璃盖板11与隔热箱体5之间设置有密封胶16；相邻两内换热板23上的蛇形流道24是通过循环管4连通在一起的。

一种小型海上太阳能温差发电装置的构建及工作方法，包括海水6，在海水6中漂浮有隔热箱体5，在隔热箱体5的顶端面上，设置太阳能集热组件1，在隔热箱体5的底端面上，连接温差发电单元框架2，在温差发电单元框架2的下底面上，连接海浪能隔膜泵3，太阳能集热组件1、隔热箱体5、温差发电单元框架2和海浪能隔膜泵3，组成了一个密闭的箱型空间；其特征在于以下步骤：

第一步、先加工出隔热箱体5的方形外壳体12，在箱型的方形外壳体12中，分别设置换热后传热介质集管14、铜管管排13和吸热后传热介质集管，将并联的铜管管排13的一端与换热后传热介质集管14连通，将并联的铜管管排13的另一端与吸热后传热介质集管连通；在方形外壳体12的顶端设置透明玻璃盖板11，使隔热箱体5组成了一个接收太阳光照的太阳能集热密闭空间；

第二步、加工内换热板23，在内换热板23内，设置供传热介质流通的蛇形流道24；加工出外换热板21，在外换热板21的外侧立面上设置有散热翅片；用四块外换热板21组成一个方形的温差发电单元框架的外换热板框，在外换热板21的内侧面上，设置温差发电半导体板22，在温差发电半导体板22内侧面上，设置内换热板23，在内换热板23内，四块内换热板23中的蛇形流道24，是依次首尾相接的，在蛇形流道24的一端，设置发电单元传热介质入口25，在蛇形流道24的另一端，设置发电单元传热介质出口；

第三步、将第二步加工出的温差发电单元框架2连接到第一步加工出的隔热箱体5的下底面上；并使发电单元传热介质入口25与吸热后传热介质集管连通在一起；

第四步、将海浪能隔膜泵3连接到温差发电单元框架2的下底面上；在海浪能隔膜泵3的上端，设置有隔膜泵腔体33，将隔膜泵腔体33的四周外侧面与外换热板框的四个内侧立面密封连接在一起，在隔膜泵腔体33的上顶面上，分别设置有隔膜泵传热介质出口35和隔膜泵传热介质入口36，在隔膜泵腔体33的下底面隔膜321上，连接有连接柱322，在连接柱322的下端连接有方形阻尼隔膜板32，在隔膜泵传热介质出口35中，设置有传热介质只能出不能进单向阀34，在隔膜泵传热介质入口36中，设置有传热介质只能进不能出单向阀31；在吸热后传热介质集管上设置有热介质输出口，热介质输出口与发电单元传热介质入口25连通在一起，发电单元传热介质出口与隔膜泵传热介质入口36连通在一起，隔膜泵传热介质出口35与换热后传热介质集管14上的冷介质输入口连通在一起；

第五步、在由换热后传热介质集管14、并联的铜管管排13、吸热后传热介质集管、四块内换热板23中的蛇形流道24和隔膜泵腔体33组成的传热介质的循环流动空间内，注入传热介质；

第六步、将经过以上五步完成的太阳能温差发电装置放入到海水6中，并使其漂浮在海面上；

第七步、海浪通过方形阻尼隔膜板32上下移动，使隔膜泵腔体33的体积随海浪发生收缩和扩张，使传热介质在第五步所述的传热介质的循环流动空间内反复循环；与此同时，流经铜管管排13的传热介质吸收太阳光照被加热，被加热的传热介质进入到蛇形流道24中，使温差发电半导体板22的内侧与外侧面形成温差，完成发电工作，即将传热介质的热能转化为电能，降温后的传热介质进入到隔膜泵腔体33中，通过海浪推动，被泵入到换热后传热介质集管14中，进入到换热后传热介质集管14中的传热介质，再次流经铜管管排13吸收太阳能光照，如此循环，进行发电。

本发明实现了海上太阳能温差发电装置的小型化和模块化，降低了设备维护成本；利用太阳能加热传热介质，利用加热的传热介质和海水的温度差进行发电，传热介质的循环不需要电力驱动，而是直接利用海水的波浪能来实现；本发明总体分为三部分，即一个太阳能集热器组件1、四个温差发电组件2和一个海浪能隔膜泵3；太阳能集热器组件1设置在总结结构的顶部，用于吸收太阳能，传热介质和温差发电组件分布在四周立面上，利用介质与海水的温差来发电；海浪能隔膜泵3设置在总结构的底部，利用海浪的波动能量来带动介质的循环；以上三部分用4循环管路相连通，实现传热介质的循环流动，整个设备放置在海水环境中，浮于水面，本发明可以将多个同样的发热单元用锁链相连，铺满某个水域，增大发电量；各个部分的具体工作原理如下：太阳能集热器组件1的种类很多，本发明如图2所示的为平板型集热器，平板型集热器由透明玻璃盖板11、集热器的方形外壳体12、铜管管排13、集管、导热铜板和密封胶组成，方形外壳体12与透明剥离盖板，将集热器包裹，利用密封胶密封，防止海水进入集热器，铜管管排平铺布置，两端与集管焊接在一起，内部连通，铜管管排之间用导热铜板焊接在一起，使吸收的热量更均衡；当传热介质从一侧的集管通过排管进入另一侧的集管时，由于排管吸收太阳能的热量，使得传热介质温度升高，升高的传热介质储存着吸收到的太阳能；散热翅片与海水直接接触，将热量导入海水中，使温差发电半导体22外侧为低温；内换热板23内有蛇形流道24，换热介质从发电单元传热介质入口25进入换热器，经过蛇形流道24后从发电单元传热介质出口流出，将换热介质的热量传递给温差发电半导体22的内侧，使其温度升高。经过散热翅片21和换热器23作用，温差发电半导体22的两侧具有较高的温差，促使热量流经半导体，从而产生电动势，也就是温差半导体发电的原理；传热工质的循环需要能量，本发明在底部布置了海浪能隔膜泵3，本发明浮在海面上，随着波浪上下起伏，在该装置随着海浪上浮过程中，方形阻尼隔膜板32由于受海水阻挡，不能立即跟随整个装置上浮，而是存在滞后，在连接柱322的作用下，下底面隔膜321收到向下的拉力，从而使得隔膜泵腔体33增大，空腔内的压力减小，传热介质只能出不能进单向阀34关闭，传热介质只能进不能出单向阀31被顶开，传热介质从隔膜泵传热介质入口36进入空腔；在该装置随着海浪下沉过程中，方形阻尼隔膜板32由于受海水阻挡，不能立即跟随整个装置下沉，而是存在滞后，在连接柱322的作用下，隔膜泵腔体33收到向上的推力，从而使得隔膜泵腔体33的体积减小，空腔内的压力增大，传热介质只能进不能出单向阀31关闭，传热介质只能出不能进单向阀34被顶开，传热介质从隔膜泵传热介质出口35离开空腔，以上过程随着海浪的波动不断反复，实现传热介质的循环。

Claims (2)

1.一种小型海上太阳能温差发电装置的构建及工作方法，包括海水（6），在海水（6）中漂浮有隔热箱体（5），在隔热箱体（5）的顶端面上，设置太阳能集热组件（1），在隔热箱体（5）的底端面上，连接温差发电单元框架（2），在温差发电单元框架（2）的下底面上，连接海浪能隔膜泵（3），太阳能集热组件（1）、隔热箱体（5）、温差发电单元框架（2）和海浪能隔膜泵（3），组成了一个密闭的箱型空间；其特征在于以下步骤：

第一步、先加工出隔热箱体（5）的方形外壳体（12），在箱型的方形外壳体（12）中，分别设置换热后传热介质集管（14）、铜管管排（13）和吸热后传热介质集管，将并联的铜管管排（13）的一端与换热后传热介质集管（14）连通，将并联的铜管管排（13）的另一端与吸热后传热介质集管连通；在方形外壳体（12）的顶端设置透明玻璃盖板（11），使隔热箱体（5）组成了一个接收太阳光照的太阳能集热密闭空间；

第二步、加工内换热板（23），在内换热板（23）内，设置供传热介质流通的蛇形流道（24）；加工出外换热板（21），在外换热板（21）的外侧立面上设置有散热翅片；用四块外换热板（21）组成一个方形的温差发电单元框架的外换热板框，在外换热板（21）的内侧面上，设置温差发电半导体板（22），在温差发电半导体板（22）内侧面上，设置内换热板（23），在内换热板（23）内，四块内换热板（23）中的蛇形流道（24），是依次首尾相接的，在蛇形流道（24）的一端，设置发电单元传热介质入口（25），在蛇形流道（24）的另一端，设置发电单元传热介质出口；

第三步、将第二步加工出的温差发电单元框架（2）连接到第一步加工出的隔热箱体（5）的下底面上；并使发电单元传热介质入口（25）与吸热后传热介质集管连通在一起；

第四步、将海浪能隔膜泵（3）连接到温差发电单元框架（2）的下底面上；在海浪能隔膜泵（3）的上端，设置有隔膜泵腔体（33），将隔膜泵腔体（33）的四周外侧面与外换热板框的四个内侧立面密封连接在一起，在隔膜泵腔体（33）的上顶面上，分别设置有隔膜泵传热介质出口（35）和隔膜泵传热介质入口（36），在隔膜泵腔体（33）的下底面隔膜（321）上，连接有连接柱（322），在连接柱（322）的下端连接有方形阻尼隔膜板（32），在隔膜泵传热介质出口（35）中，设置有传热介质只能出不能进单向阀（34），在隔膜泵传热介质入口（36）中，设置有传热介质只能进不能出单向阀（31）；在吸热后传热介质集管上设置有热介质输出口，热介质输出口与发电单元传热介质入口（25）连通在一起，发电单元传热介质出口与隔膜泵传热介质入口（36）连通在一起，隔膜泵传热介质出口（35）与换热后传热介质集管（14）上的冷介质输入口连通在一起；

第五步、在由换热后传热介质集管（14）、并联的铜管管排（13）、吸热后传热介质集管、四块内换热板（23）中的蛇形流道（24）和隔膜泵腔体（33）组成的传热介质的循环流动空间内，注入传热介质；

第六步、将经过以上五步完成的太阳能温差发电装置放入到海水（6）中，并使其漂浮在海面上；

第七步、海浪通过方形阻尼隔膜板（32）上下移动，使隔膜泵腔体（33）的体积随海浪发生收缩和扩张，使传热介质在第五步所述的传热介质的循环流动空间内反复循环；与此同时，流经铜管管排（13）的传热介质吸收太阳光照被加热，被加热的传热介质进入到蛇形流道（24）中，使温差发电半导体板（22）的内侧与外侧面形成温差，完成发电工作，即将传热介质的热能转化为电能，降温后的传热介质进入到隔膜泵腔体（33）中，通过海浪推动，被泵入到换热后传热介质集管（14）中，进入到换热后传热介质集管（14）中的传热介质，再次流经铜管管排（13）吸收太阳能光照，如此循环，进行发电。

2.根据权利要求1所述的一种小型海上太阳能温差发电装置的发电方法，其特征在于，在铜管管排（13）中相邻的两铜管之间均设置有导热铜板（15）；在透明玻璃盖板（11）与隔热箱体（5）之间设置有密封胶（16）；相邻两内换热板（23）上的蛇形流道（24）是通过循环管（4）连通在一起的。

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