CN201332372Y - 利用液冷循环冷却的余热温差发电系统 - Google Patents

利用液冷循环冷却的余热温差发电系统 Download PDF

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一种利用液冷循环冷却的余热温差发电系统,半导体温差发电器件的冷端经吸热盒与冷却循环管路连接,热端经导热部件与热源相连,其冷端和热端的引出线与蓄电装置连接,其吸热盒紧贴在半导体温差发电器件的冷端上,吸热盒内装有冷却液,且吸热盒盒体上开有冷却液进口和冷却液出口,冷却液进口和冷却液出口之间连接冷却循环管路,冷却循环管路中串连有水泵和表冷散热器;导热部件紧贴在半导体温差发电器件的热端上,半导体温差发电器件的热端上置有温度传感器,该温度传感器与温控器连接,温控器与热源的控制开关连接。解决了温差发电系统电压低、不稳定的技术问题,具有保护环境、无污染、结构简单、冷热端温差恒定的特点。

Description

利用液冷循环冷却的余热温差发电系统

技术领域

本实用新型涉及一种温差发电系统。 背景技术

温差发电是一种新型的发电方式,利用塞贝尔效应可将热能直接转换为电能,半导体温 差发电模块只要有温差存在即能发电,工作时无噪音、无污染,使用寿命超过十年,免维 护,因而是一种应用广泛的便携电源。随着保护环境、节约能源的呼声越来越高,温差发电 系统的应用正在从小型器件到大型电设备发展。温差发电一个较为关键的环节就是要保持冷 热端温差的恒定,实验发现,如果冷端的热量未能及时散掉,那么热端的热量很快就会通过 半导体温差发电模块传到冷端,使得冷端和热端的温差变小,输出电压马上就会降低,因此 如何快速有效的将冷端的热量散掉,以便保持冷热端的温差非常重要。现有的温差发电系 统,其温差发电模块的冷端的散热速度太慢,严重影响了温差发电电压,使得温差发电电压 不但低,而且很不稳定,直接影响到广泛推广的问题。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足,本实用新型提供一种利用液冷循环冷却的余热温差发电系 统,要解决温差发电系统电压低、不稳定的技术问题。 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:

一种利用液冷循环冷却的余热温差发电系统,包括具有冷端和热端两极的半导体温差发 电器件,其冷端经吸热盒与冷却循环管路连接,其热端经导热部件与热源相连,其冷端和热 端的引出线与蓄电装置连接,其特征在于:

吸热盒紧贴在半导体温差发电器件的冷端上,吸热盒内装有冷却液,且吸热盒盒体上开 有冷却液进口和冷却液出口 ,冷却液进口和冷却液出口之间连接冷却循环管路,冷却循环管 路中串连有水泵和表冷散热器。

导热部件紧贴在半导体温差发电器件的热端上,半导体温差发电器件的热端上置有温度 传感器,该温度传感器与温控器连接,温控器与热源的控制开关连接。

所述导热部件可以是内有传热介质的传热盒或导热块。

所述吸热盒的内壁、冷却液进口和冷却液出口之间分布有交叉相向的导流挡板。 所述蓄电装置由蓄电池和蓄电池充电装置组成。所述热源可以为与电源和控制开关连接的电热丝。 所述热源可以为置于余热收集装置内的热管集热器。 所述余热收集装置可以是锅炉烟道或余热容器。

有益效果如下:本实用新型采用水冷循环装置,由于冷却循环管路采用特殊冷却液及表 冷散热器,取得了较好的冷却效果,使得冷端热量能及时散掉,保证了冷热端温差,保持了 冷热端温差的恒定,因而得到了较高和较稳定的电压,解决了温差发电系统电压低、不稳定 的技术问题,具有保护环境、无污染、结构简单、冷热端温差恒定的特点。同时,基于温差 发电电压较低且电压不是很稳定的特点,本实用新型设计了一个基于温差发电的锂电池蓄电 装置,该装置具有稳压、保护作用,并可以将余热转化的电能用锂电池蓄存起来。

本实用新型不仅可以利用温差发电进行锂电池蓄电,而且还可作为半导体温差发电器件 元件热电性能测试平台,对半导体温差发电器件元件进行性能测试,比如可测试温差发电冷 热端温差和输出电压的热电性能关系。

本实用新型还可利用余热温差发电,变废为宝,具有清洁,无噪音污染和有害物质排放 等特点,属于绿色环保型能源技术,有利于国家的节能减排。该系统通过放大,可用于小家 电制造、仪器仪表、玩具、油田、野外、军事、旅游业、工业废(余)热发电、家用炉灶余 热发电照明、汽车尾气余热温差发电等领域,并可用于航空及边远寒冷地区应用,也可结合 太阳能等能源装置综合利用。本实用新型体积小,重量轻,紧凑可靠,造价合理,可行性 强,容易推广应用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。 图l是本实用新型实施例一的结构原理示意图。 图2是本实用新型实施例一的工作原理示意图。 图3是吸热盒的内部构造示意图。 图4是本实用新型实施例二的结构原理示意图。

附图标记:l一吸热盒、l.l一冷却液进口、 1.2 —冷却液出口、 1.3 —导流挡板、2 —半 导体温差发电器件、3—温度传感器、4一温控器、5—电源、6 —电热丝、7 —导热部件、8 — 蓄电装置、8. l —蓄电池、8.2 —蓄电池充电装置、9一水泵、IO —表冷散热器、ll一风扇、 12 —热管集热器、13 —锅炉烟道、14一传热盒。

具体实施方式

实施例参见图l所示,这种利用液冷循环冷却的余热温差发电系统,包括具有冷端和热端两极的半导体温差发电器件2,其冷端经吸热盒l与冷却循环管路连接,其热端经导热部件 7与热源相连,其冷端和热端的引出线与蓄电装置8连接,其特征在于:

吸热盒1紧贴在半导体温差发电器件2的冷端上,吸热盒内装有冷却液,且吸热盒盒体上 开有冷却液进口l. l和冷却液出口l. 2,冷却液进口l. l和冷却液出口l. 2之间连接冷却循环管 路,冷却循环管路中串连有水泵9和表冷散热器10。

导热部件7紧贴在半导体温差发电器件2的热端上,半导体温差发电器件2的热端上置有 温度传感器3,该温度传感器与温控器4连接,温控器4与热源5的控制开关15连接。导热部件 的四周和底部有绝热保温层包覆,导热部件的顶部与半导体温差发电器件的热面紧密贴合, 并涂上导热硅脂,以便导热均匀及减小热阻。工作时,根据温控器预先设定的热端温度为导 热部件提供热量。

根据不同情况,所述导热部件7是内有传热介质的传热盒或导热块。

根据已有技术,所述蓄电装置8由蓄电池8. l和蓄电池充电装置8.2组成锂离子蓄电充电 单元。锂离子蓄电充电单元主要负责将半导体温差发电器件输出的电能蓄存起来。锂离子蓄 电池采用18650锂电池,由于半导体温差发电器件2产生的压差不稳定,不满足锂电池充电电 路的要求。为此,针对温差发电的特点,设计了一个低电压的锂电池充电装置,首先对电压 进行稳压处理,然后用稳定的电压给18650锂电池充电电路提供电能。

参见图l、图2,所述热源可以选择与电源5和控制开关连接的电热丝6。可采用电炉作为 热源,为测试温差发电的热电性能而人为创造的外部环境装置。当热端表面温度达到设定值 时,温度传感器将温度信号传给温控器,温控器发出控制信号,热源开关断开。利用温控器 可以较好的将热端温度控制在预先设定的范围内。

参见图3,为了提高吸热盒的吸热能力,提高散热速度,同时为了使冷端面板散热均 匀,吸热盒内可设置使水路成S形状的导流板,在吸热盒l的内壁、冷却液进口l.l和冷却液 出口1.2之间均可分布交叉相向的导流挡板1.3。这样不仅可以增强冷却液的扰动,提高换热 能力,同时使得冷却液能与导热板充分接触,不至于让冷却液在吸热盒内某个部位产生停 滞,形成换热死区,导致冷端表面温度不均匀,影响温差发电性能。吸热盒可采用不锈钢焊 制而成。

参见图4,所述热源也可以选择置于余热收集装置内的热管集热器12,所述余热收集装 置可以是锅炉烟道13或余热容器。对于余热温差发电系统来说,热源是利用锅炉排放的废热 或工业产生的余热等,是不需要耗电的。

本实用新型的工作原理:每个半导体温差发电器件共有127对PN结,由于单块半导体温差发电器件元件得到的输 出电压较低,为了得到较高的输出电压,可将几个半导体温差发电器件单元串联,半导体温 差发电器件输出导线与锂离子蓄电充电装置相连。工作时,通过图l中所示的电压传感器测 定不同冷热端温差下半导体温差发电器件的输出电压。

冷却循环单元的主要部件为一个有循环冷却液出入口的吸热盒,以及一个冷却液循环管 路。导热盒下端面与半导体温差发电器件的冷端紧密贴合,并涂上导热硅脂。冷却液循环管 路包括表冷散热器、风扇和循环水泵。工作时,循环水泵把冷却液输送到吸热盒,吸收来自 吸热盒的热量,并经循环水泵输送到表冷散热器,将吸收来的热量散到环境温度较低的空气 中,降低冷却液的温度,从而又将低温冷却液输送给冷端吸热盒吸热,如此循环,保证冷端 热量及时散掉,保证冷热端的温差存在,得到相对较稳定的输出电压。

所述表冷散热器10可置于有风的环境中,在工业余热或废热温差发电系统、炉灶锅炉余 热发电系统中,可通过风扇ll来散热;而在汽车尾气余热温差发电系统中,可采用汽车运动 中的风来冷却散热。由于冷却循环管路的风机和水泵需要的电流较小,可由温差发电系统自 身输出的电能提供,因而整个余热温差系统无需额外的能源或动力装置,真正实现了热能的 废能回收。

应用实施例:

1、 工业余热(废热)温差发电

收集工业的余热(废热)作为热端的热源,冷端置于空气中,利用温差进行发电。例 如,在锅炉高温烟气的的排放烟道中设置热管集热器或热管换热装置,换热装置与温差发电 器件的热端相连,温差发电器件的热端可做成盒状,内有传热介质,这样便可给温差发电器 件的热端提供较恒定的高温,将温差发电器件的冷端置于空气中,利用热端和冷端的温差, 便可通过温差发电器件实现发电。

2、 家用炉灶余热发电

将温差发电器件的热端与火炉外壁连接,冷端置于空气中,利用炉壁的高温与环境的温 差来发电。

3、 汽车尾气余热温差发电

其原理与利用工业余热温差发电相同。其工作方式是其中一个面利用引擎的废热受热, 另一面采用汽车运动中的风来冷却,使发电组件两面间存在温差,通过内置的半导体温差发 电系统进行发电。

4、 军用、航空及边远寒冷地区应用在边远山区、高原地区、高山哨所、高原气象站等远离城市的地方利用温差发电系统。 由于温差发电具有快速启动、能长期连续工作、易携带、维护方便、后勤保障便利等优点, 因此也非常适合军队的需求,特别是适合特种野战部队的用电需求。

5、 结合太阳能等能源装置综合利用

太阳能和地热能是新能源体系的主要组成部分,它们无污染,而且可以认为是无匮缺的 长期资源。太阳能利用最为方便的形式是集热,通过集热后产生的温差即可用于发电。利用 置于屋顶的集热器吸收太阳能,利用集热升温与环境之间的温差发电,带动轴流风机引导屋 顶空气自然对流,使屋顶降温,也可用来家庭照明。

6、 海水温差的利用

把海水压入洋底深井中吸收地热再抽出来,利用洋底海水与地面之间存在的数十度温差 启动温差电转换型的发电机组。

本实用新型是一种对环境无污染、结构简单的发电系统,可以获得较高和较稳定的电压。

Claims (7)

1.一种利用液冷循环冷却的余热温差发电系统,包括具有冷端和热端两极的半导体温差发电器件(2),其冷端经吸热盒(1)与冷却循环管路连接,其热端经导热部件(7)与热源相连,其冷端和热端的引出线与蓄电装置(8)连接,其特征在于: 吸热盒(1)紧贴在半导体温差发电器件(2)的冷端上,吸热盒内装有冷却液,且吸热盒盒体上开有冷却液进口(1.1)和冷却液出口(1.2),冷却液进口(1.1)和冷却液出口(1.2)之间连接冷却循环管路,冷却循环管路中串连有水泵(9)和表冷散热器(10); 导热部件(7)紧贴在半导体温差发电器件(2)的热端上,半导体温差发电器件(2)的热端上置有温度传感器(3),该温度传感器与温控器(4)连接,温控器(4)与热源(5)的控制开关连接。
2 根据权利要求l所述的利用液冷循环冷却的余热温差发电系统,其 特征在于:所述导热部件(7)是内有传热介质的传热盒(14)或导热块。
3 根据权利要求l所述的利用液冷循环冷却的余热温差发电系统,其 特征在于:所述吸热盒(1)的内壁、冷却液进口 (1.1)和冷却液出口 (1.2)之间分布有 交叉相向的导流挡板(1.3)。
4 根据权利要求l或2所述的利用液冷循环冷却的余热温差发电系 统,其特征在于:所述蓄电装置(8)由蓄电池(8.1)和蓄电池充电装置(8.2)组成。
5 根据权利要求l或2所述的利用液冷循环冷却的余热温差发电系 统,其特征在于:所述热源为与电源(5)和控制开关连接的电热丝(6)。
6 根据权利要求l或2所述的利用液冷循环冷却的余热温差发电系 统,其特征在于:所述热源为置于余热收集装置内的热管集热器(12)。
7 根据权利要求6所述的利用液冷循环冷却的余热温差发电系统,其 特征在于:所述余热收集装置是锅炉烟道(13)或余热容器。
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