CN116488509B - 一种异形高温热管耦合静态热电转化一体化集成装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种异形高温热管耦合静态热电转化一体化集成装置，涉及能量传输及转化领域，包括：异形高温热管、绝热包层、级联式温差发电片、环形翅片、隔热层、储能及电力输出系统、封装保护壳；本发明将异形高温热管与级联式温差发电片一体化封装，降低系统接触热阻，提升系统效率，保障了级联式温差发电片可靠运行。本发明中的异形高温热管耦合静态热电转化一体化集成装置提升了系统传热均匀性、减小了接触热阻引入、降低了能量散失；集成模块化设计，提升系统的可靠性及灵活性，使其可快速安装运用在多用途小型核反应堆、非能动余热排出、废热收集应用、节能减排等领域。
Description
技术领域
本发明涉及能量传输及转换技术领域，具体涉及一种异形高温热管耦合静态热电转化一体化集成装置。
背景技术
高温热管是一种具有较高传热性能的元件，它通过在全封闭真空体系内的液态金属连续蒸发、凝结来传递热量，具有较高的传热能力及优良的等温性能，在空间技术、聚光太阳能热利用及高温余热较高品味利用等领域有很大的应用空间。半导体温差发电器具有无运动部件、性能稳定、噪声小、体积可灵活变化等优点为新型智能硬件和物联网众多分布式远程传感器提供稳定电源支持，成为智能硬件系统不可或缺的电力来源。半导体温差发电器以温差为动力来源，利用汽车尾气、工业废热、放射性同位素等不同品位热源，将热能转换成电能，成为21世纪绿色可靠的新型能源发电装置。将高温热管与温差发电器件组合，利用高温热管导出核反应堆、高温废气等热源的热量，并通过温差发电器件转化为电能，可形成有较高的可靠性与灵活性的能量传输及转换系统。
传统的高温热管在与温差发电器件连接时，因为两者形状冲突，常在两者之间增加一套集热器，通过集热器收集高温热管传递的热量，将温差发电片布置在集热器上解决两者形状间的冲突，集热器的增加大大增加了系统的接触热阻，降低系统的效率；或采用环形半导体温差发电器解决两者形状冲突，然而环形半导体温差发电器件技术成熟度较低，相对传统的片状温差发电器件，其可靠性相对较低。此外温差发电器件在高温使用时易发生氧化，使得性能大幅下降。综上，高温热管与温差发电器件结合使用时存在性能优化及可靠性提升问题。因此，如何克服上述难题是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种异形高温热管耦合静态热电转化一体化集成装置，克服上述现有技术存在的缺陷。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种异形高温热管耦合静态热电转化一体化集成装置，包括：异形高温热管、绝热包层、级联式温差发电片、环形翅片、隔热层、储能及电力输出系统、封装保护壳；
所述异形高温热管，用于吸收核反应堆、废气、太阳能系统的热能，并将热能传输到级联式温差发电片热端；
所述绝热包层设置在异形高温热管的绝热段，用于异形高温热管绝热段的隔热保温，降低热损；
所述级联式温差发电片，用于将异形高温热管传输的热量转化为电能；
所述环形翅片设置在级联式温差发电片上，用于增强级联式温差发电片冷端与冷却工质间的换热；
所述隔热层设置在异形高温热管端部，用于储能及电力输出系统与异形高温热管端头间的隔热保护；
所述储能及电力输出系统，用于收集并储存级联式温差发电片产生的电能，在与外部负载连接后，实现对外的高品质电力输出；
所述封装保护壳，用于封装保护级联式温差发电片，同时与环形翅片间构成冷却剂流道。
可选的，所述异形高温热管在管壁开有槽道并在槽道上布置金属丝网吸液芯；所述异形高温热管由正常圆管段、渐扩段及八边形冷凝段三段构成；所述级联式温差发电片直接安装在异形高温热管八边形冷凝段壁面。
可选的，所述绝热包层包覆在异形高温热管正常圆管段须绝热部分及渐扩段，用于异形高温热管绝热段的隔热保温，降低热损。
可选的，所述级联式温差发电片为片状，由三段式方钴矿-半赫斯勒-碲化铋温差发电材料构成，方钴矿端布置在异形高温热管八边形冷凝段壁面，碲化铋端与环形翅片连接。
可选的，所述环形翅片与封装保护壳构成冷却剂流道，在冷却剂进出口部分开有槽道，方便冷却剂均匀冲刷翅片。
可选的，所述隔热层由纳米气凝胶构成，用于隔绝异形高温热管顶端热量，保护储能及电力输出系统。
可选的，所述储能及电力输出系统包括锂电池组、控制模块及外部负载接口；所述控制模块用于收集级联式温差发电片产生的电能，并将电能储存在锂电池组，所述控制模块与外部负载接口连接，所述外部负载接口用于连接外部用电负载。
可选的，所述封装保护壳与异形高温热管八边形冷凝段构成密闭空间，空间内充有气凝胶8，用于保护级联式温差发电片防止其在高温工作时发生氧化。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开了异形高温热管耦合静态热电转化一体化集成装置，通过异形高温热管解决热管与片状温差发电片的形状冲突，将高温热管与级联式温差发电片一体化封装，降低系统接触热阻，提升系统效率，避免温差发电材料与空气接触，保障了级联式温差发电片可靠运行。本发明中的异形高温热管耦合静态热电转化一体化集成装置提升了系统传热均匀性、减小了接触热阻引入、降低了能量散失；集成模块化设计，提升系统的可靠性及灵活性，使其可快速安装运用在多用途小型核反应堆、非能动余热排出、废热收集应用、节能减排等领域。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种异形高温热管耦合静态热电转化一体化集成装置结构示意图；
图2为本发明一种异形高温热管耦合静态热电转化一体化集成装置横剖局部视图；
图3为本发明一种异形高温热管耦合静态热电转化一体化集成装置纵剖局部视图；
其中，1异形高温热管；2为绝热包层；3级联式温差发电片；4为环形翅片；5为隔热层；6为储能及电力输出系统；7为封装保护壳；8为气凝胶。
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。
本发明实施例公开了一种异形高温热管耦合静态热电转化一体化集成装置，如图1所示，包括异形高温热管1、绝热包层2、级联式温差发电片3、环形翅片4、隔热层5、储能及电力输出系统6、封装保护壳7。
其中，异形高温热管1，用于吸收核反应堆、废气、太阳能系统的热能，并将热能传输到级联式温差发电片热端。
绝热包层2，用于异形高温热管1绝热段的隔热保温，降低热损。
级联式温差发电片3，用于将异形高温热管1传输的热量转化为电能。
环形翅片4，用于增强级联式温差发电片3冷端与冷却工质间的换热。
隔热层5，用于储能及电力输出系统6与异形高温热管1端头间的隔热保护。
储能及电力输出系统6，用于收集并储存级联式温差发电片3产生的电能，在与外部负载连接后，实现对外的高品质电力输出。
封装保护壳7，用于封装保护级联式温差发电片3，同时与环形翅片4间构成冷却剂流道。
在本实施例中，利用异形高温热管耦合静态热电转化一体化集成装置提升系统传热均匀性、减小了接触热阻引入、降低了能量散失；集成模块化设计，提升系统的可靠性及灵活性，使其可快速安装运用在多用途小型核反应堆、非能动余热排出、废热收集应用、节能减排等领域。
在本实施例中，异形高温热管1在管壁开有槽道并在槽道上布置金属丝网吸液芯，这样，液态工质在丝网毛细力的作用下进入槽道内流动，使得流动阻力降低，可以极大提升高温热管的毛细极限。管内工质按照不同的工质温度可在钾、钠、锂等碱金属中选择；异形高温热管1由正常圆管段、渐扩段及八边形冷凝段三段构成，每段结构可单独加工，最后焊接成型，这样，异形高温热管1管内工质可直接通过八边形冷凝段壁面将热量传递给级联式温差发电片3，无需额外增加集热装置，极大降低热阻，提升效率，同时八边形冷凝段极大的方便了联式温差发电片3的安装及可靠运行；级联式温差发电片3直接安装在异形高温热管八边形冷凝段壁面。
在本实施例中，绝热包层2包覆在异形高温热管1正常圆管段须绝热部分及渐扩段，用于异形高温热管1绝热段的隔热保温，降低系统的热损。
在本实施例中，级联式温差发电片3为片状，由三段式方钴矿-半赫斯勒-碲化铋温差发电材料构成，这样，通过合理布置，使得各热电材料能够在最佳温度区间工作，从而提升级联式温差发电片3的热电转换效率，方钴矿端布置在异形高温热管2八边形冷凝段壁面，碲化铋端与环形翅片4连接。
在本实施例中，环形翅片4与封装保护壳7构成冷却剂流道，在冷却剂进出口部分开有槽道，方便冷却剂均匀冲刷翅片，提升换热效率。
在本实施例中，隔热层5由纳米气凝胶构成，用于隔绝异形高温热管1顶端热量，保护储能及电力输出系统6。
在本实施例中，储能及电力输出系统6包括锂电池组、控制模块及外部负载接口；所述控制模块用于收集级联式温差发电片产生的电能，并将电能储存在锂电池组，所述控制模块与外部负载接口连接，所述外部负载接口用于连接外部用电负载。
在本实施例中，封装保护壳7与异形高温热管1八边形冷凝段构成密闭空间，空间内充有气凝胶，用于保护级联式温差发电片防止其在高温工作时发生氧化。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (5)
1.一种异形高温热管耦合静态热电转化一体化集成装置，其特征在于，包括：异形高温热管(1)、绝热包层(2)、级联式温差发电片(3)、环形翅片(4)、隔热层(5)、储能及电力输出系统(6)、封装保护壳(7)；
所述异形高温热管(1)，用于吸收核反应堆、废气、太阳能系统的热能，并将热能传输到级联式温差发电片(3)热端；
所述绝热包层(2)设置在异形高温热管(1)的绝热段，用于异形高温热管(1)绝热段的隔热保温，降低热损；
所述级联式温差发电片(3)，用于将异形高温热管(1)传输的热量转化为电能；
所述环形翅片(4)设置在级联式温差发电片(3)上，用于增强级联式温差发电片(3)冷端与冷却工质间的换热；
所述隔热层(5)设置在异形高温热管(1)端部，用于储能及电力输出系统(6)与异形高温热管(1)端头间的隔热保护；
所述储能及电力输出系统(6)，用于收集并储存级联式温差发电片(3)产生的电能，在与外部负载连接后，实现对外的高品质电力输出；
所述封装保护壳(7)，用于封装保护级联式温差发电片(3)，同时与环形翅片(4)间构成冷却剂流道；
所述异形高温热管(1)在管壁开有槽道并在槽道上布置金属丝网吸液芯；所述异形高温热管(1)由圆管段、渐扩段及八边形冷凝段三段构成；所述级联式温差发电片(3)直接安装在异形高温热管(1)八边形冷凝段壁面；
所述级联式温差发电片(3)由三段式方钴矿-半赫斯勒-碲化铋温差发电材料构成，方钴矿端布置在异形高温热管(1)八边形冷凝段壁面，碲化铋端与环形翅片(4)连接；
所述封装保护壳(7)与异形高温热管(1)八边形冷凝段构成密闭空间，空间内充有气凝胶(8)，用于保护级联式温差发电片(3)防止其在高温工作时发生氧化。
2.根据权利要求1所述的一种异形高温热管耦合静态热电转化一体化集成装置，其特征在于，所述绝热包层(2)包覆在异形高温热管(1)圆管段须绝热部分及渐扩段，用于异形高温热管(1)绝热段的隔热保温，降低热损。
3.根据权利要求1所述的一种异形高温热管耦合静态热电转化一体化集成装置，其特征在于，所述环形翅片(4)与封装保护壳(7)构成冷却剂流道，在冷却剂进出口部分开有槽道，方便冷却剂均匀冲刷翅片。
4.根据权利要求1所述的一种异形高温热管耦合静态热电转化一体化集成装置，其特征在于，所述隔热层(5)由纳米气凝胶构成，用于隔绝异形高温热管(1)顶端热量，保护储能及电力输出系统(6)。
5.根据权利要求1所述的一种异形高温热管耦合静态热电转化一体化集成装置，其特征在于，所述储能及电力输出系统(6)包括锂电池组、控制模块及外部负载接口；所述控制模块用于收集级联式温差发电片(3)产生的电能，并将电能储存在锂电池组，所述控制模块与外部负载接口连接，所述外部负载接口用于连接外部用电负载。
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