CN201594801U - 基于热管热开关的蓄热式温差发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公布了一种基于热管热开关的蓄热式温差发电装置，包括冷却水箱、热流体箱、多个并列的热管、蓄电控制模块和金属容器，热管的蒸发吸热段位于热流体箱内，热管的冷凝放热段位于冷却水箱内，冷凝放热段上设置多个并联或串联的半导体温差发电模块，半导体温差发电模块的输电端与蓄电控制模块连接，蒸发吸热段置于金属容器内，蒸发吸热段与金属容器之间设置相变蓄热材料。本实用新型利用热管热开关工作的基本特性来控制蓄热热源向半导体温差发电模块的热端传递热流的通断，使半导体温差发电模块尽可能工作在最佳工况附近以提高系统能量转换效率，温差热能利用率高，采用蓄电控制模块保证能量转换的连续性和电能输出的稳定性。

Description

基于热管热开关的蓄热式温差发电装置

技术领域

本实用新型涉及一种半导体温差发电技术，尤其涉及一种基于热管热开关的蓄热式温差发电装置。

背景技术

热管主要依靠自身内部工作液体的相变来实现传热，具有很高的导热性、优良的等温性、热流密度可变性、热流方向可逆性、恒温特性和良好的环境适应性。半导体温差发电模块主要是将热能直接转换为电能，其工作原理是在两块不同性质的半导体两端设置一个温差，从而在半导体两端产生直流电压而输出电能，是一种直接将热能转换成电能的全固态能量转换方式，具有体积小、重量轻、无振动、无噪声、寿命长等优点。因此，常把热管和半导体温差发电模块组装在温差发电装置上，利用该发电装置把工业余热或废热转换为电能。

现有技术中，温差发电装置包括冷却水箱、热流体箱和多个并列的热管，热管布置在半导体温差发电模块冷端以强化其冷端散热。热管分为蒸发吸热段、绝热段和冷凝放热段，蒸发吸热段位于热流体箱内，冷凝放热段位于冷却水箱内，蒸发吸热段上设置多个并联或串联的半导体温差发电模块，半导体温差发电模块的输电端与用电设备连接。带有余热的废水或其它低品位热流体流经热流体箱内时，半导体温差发电模块热端吸收热量，热管的蒸发吸热段吸收发电模块冷端散发出的热量，并迅速传递给热管冷凝放热段周围的循环冷却水以带走热量，由于热管良好的散热性能而使两端建立起温差的半导体温差发电模块将热量转化成电能并通过温差电能输出线向负载供电。上述结构的温差发电装置主要存在以下不足：一、由于工业余热或废热存在不稳定的因素，导致半导体温差发电模块热端吸热也不稳定、不连续，而半导体温差发电模块转换后所输出的电压和电流波动较大，往往不能直接供给负载使用；二、半导体温差发电模块常常工作在低效率工况下，温差热能不能高效地利用。

实用新型内容

针对现有技术存在的上述不足，本实用新型提供一种半导体温差发电模块高效工作，温差热能利用率高，可输出稳定电流和电压的基于热管热开关的蓄热式温差发电装置。

本实用新型提供的基于热管热开关的蓄热式温差发电装置，包括冷却水箱、热流体箱、多个并列的热管、蓄电控制模块和金属容器，所述热管的蒸发吸热段位于热流体箱内，热管的冷凝放热段位于冷却水箱内，所述冷凝放热段上设置多个并联或串联的半导体温差发电模块，所述半导体温差发电模块的输电端与蓄电控制模块连接，所述蒸发吸热段置于金属容器内，蒸发吸热段与金属容器之间设置相变蓄热材料。

进一步，所述热管的绝热段位于冷却水箱和热流体箱之间，绝热段外套绝热套件；

进一步，所述金属容器外均布有翅片；

进一步，还包括散热器，所述冷却水箱的进水孔I与散热器的出口连通，冷却水箱的出水孔I与散热器的进口连通；

进一步，所述冷却水箱的进水孔I与散热器的出口连通的管路上串接有电磁阀和水泵，所述电磁阀和水泵由蓄电控制模块供电并控制。

本实用新型的有益效果：基于热管热开关的蓄热式温差发电装置利用热管热开关工作的基本特性来控制蓄热热源向半导体温差发电模块的热端传递热流的通断。相变蓄热材料不断吸收热流体箱内的低品位热流体传递来的热能，当相变蓄热材料吸收的热能使温度上升到某一设定的数值后，蒸发吸热段内的工作液体受热蒸发，热管被导通进入工作状态，热管热开关处于“开”状态，相变蓄热材料吸收的热能被不断并高效地传输到冷凝放热段，半导体温差发电模块利用该热能与冷却水箱内的冷却水之间的温差进行热电能量转换。由于热管传输热能的速率相对稳定，而相变蓄热材料吸收热能的速率受工况影响波动较大，当相变蓄热材料吸收热能的速率低于热管传输热能的速率后，相变蓄热材料温度开始下降，当其温度低于某一设定的数值后，蒸发吸热段内的工作液体受热不足以蒸发，热管被截止不再传输热能，热管热开关处于“关”状态，相变蓄热材料继续吸收热能直至相变蓄热材料的温度上升到某一设定的数值后，热管又被导通，热管热开关再一次处于打开状态。热管热开关基于以上原理而根据工作情况自动转换“开”或“关”状态，从而实现自适应调节并利用热能，使半导体温差发电模块尽可能工作在最佳工况附近以提高系统能量转换效率，温差热能利用率高，同时采用蓄电控制模块保证能量转换的连续性和电能输出的稳定性。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为热管安装在冷却水箱和热流体箱内的结构示意图。

附图中的附图标记所代表的结构如下：

1-冷却水箱  2-热流体箱  3-热管  4-蓄电控制模块  5-蒸发吸热段6-冷凝放热段  7-半导体温差发电模块  8-绝热段  9-绝热套件10-金属容器  11-相变蓄热材料  12-翅片  13-进水孔I  14-出水孔I15-散热器  16-管路  17-水泵  18-电磁阀  19-进水孔II  20-出水孔II21-密封部件  22-温差电能传输线  23-温差电能输出线

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细地说明。

图1为本实用新型的结构示意图，图2为热管安装在冷却水箱和热流体箱内的结构示意图，如图所示：基于热管热开关的蓄热式温差发电装置包括冷却水箱1、热流体箱2、多个并列的热管3、蓄电控制模块4和金属容器10。冷却水箱1位于热流体箱2的上方，冷却水箱1的左侧下部设有进水孔I 13，右侧的顶部设有出水孔I 14；热流体箱2的右侧底部设有进水孔II 19，左侧顶部设有出水孔II 20。热管3分为蒸发吸热段5、冷凝放热段6和绝热段8，蒸发吸热段5位于热流体箱2内，热管3的冷凝放热段6位于冷却水箱1内，绝热段8位于冷却水箱1和热流体箱2之间，绝热段8外套绝热套件9，以减少热能向周围环境散失，绝热段8与冷却水箱1和热流体箱2的连接部安插密封部件21，以避免冷却水箱1的冷水和热流体箱2的热流体外泄。冷凝放热段6的外表面全部紧贴并联或串联的多个半导体温差发电模块7，使冷凝放热段6的所有表面不与冷水接触。半导体温差发电模块7的热端紧贴冷凝放热段6的表面，并用防水绝缘材料密封，半导体温差发电模块7的冷端暴露于冷却水箱1内并与冷却水相接触。半导体温差发电模块7的输电端通过温差电能传输线22与蓄电控制模块4连接。热管3的蒸发吸热段5置于金属容器10内，蒸发吸热段5与金属容器10之间设置相变蓄热材料11，相变蓄热材料11具有良好的储热性能，金属容器10外均布设有许多翅片12，主要增加与热流体的接触面积，加强吸热。

本实施例中，冷却水箱1的进水孔I 13通过管路16与散热器15的出口连通，冷却水箱1的出水孔I 14通过水管与散热器15的进口连通。在管路16上串接有水泵17和电磁阀18，水泵17和电磁阀18分别通过控制线与蓄电控制模块4连接，并由蓄电控制模块4供电并控制。循环冷却水由进水孔I 13流入冷却水箱1内，循环冷却水与半导体温差发电模块7的冷端接触并吸收半导体温差发电模块7的冷端散发的热能，吸热后的冷却水经出水孔I 14流出冷却水箱1并流至散热器15，在散热器15中，吸热后的冷却水将吸收的热能散发给周围环境以备冷却水循环利用。在水泵17的控制下，冷却水不断将半导体温差发电模块7的冷端散发的热能带走，以建立并保持半导体温差发电模块7的热端和冷端之间足够的温差来进行热电能量转换。

发电装置停止工作时，水泵17停止，电磁阀18常闭，循环冷却水截止；发电装置工作时，蓄电控制模块4监测温差电能传输线22输送来的电能大小，当电能低于预设的为保证正常蓄电的阈值时，电磁阀18打开，水泵17启动，冷却水循环流动，循环建立后，蓄电控制模块4一边提高水泵17转速以增强冷却水换热能力，一边监测温差电能传输线22输送来的电能的大小，当电能达到并处于预设的正常蓄电范围值时，水泵17保持当前转速以保证输出电能稳定；当蓄电控制模块4监测到温差电能传输线22输送来的电能高于预设的为保证蓄电安全的阈值时，降低水泵17转速直至电能低于预设的为保证蓄电安全的阈值，其后水泵17保持当前转速以保证输出电能安全与稳定，在发电装置工作过程中，蓄电控制模块4根据温差电能传输线22输送来的电能大小对水泵17的转速进行调节以保证输出电能的安全与稳定；发电装置停止工作后，水泵17断电，电磁阀18恢复常闭，冷却水停止循环。

使用该基于热管热开关的蓄热式温差发电装置，通过进水孔II 19向热流体箱2内注入热流体，位于热流体内的金属容器10和翅片12吸收热能，并将热能传递给相变蓄热材料11，当相变蓄热材料11吸收的热能使温度上升到某一设定的数值后，蒸发吸热段5内的工作液体受热蒸发，热管3被导通进入工作状态，热管热开关处于“开”状态，相变蓄热材料11吸收的热能被不断并高效地传输到冷凝放热段6，半导体温差发电模块7利用该热能与冷却水箱1内的冷却水之间的温差进行热电能量转换，通过温差电能传输线22将转换的电能输入蓄电控制模块4，蓄电控制模块4将输送来的电能蓄电并调制后通过温差电能输出线23向用电设备输出稳定的电流和电压；当相变蓄热材料11温度低于某一设定的数值后，蒸发吸热段5内的工作液体受热不足以蒸发，热管3被截止不再传输热能，热管热开关处于“关”状态，相变蓄热材料11继续吸收热能直至温度上升到某一设定的数值后，热管3又被导通；热流体经出水孔II 20流出热流体箱2。低品位的热流体不断地流过热流体箱2，相变蓄热材料11不断地吸收热能。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种基于热管热开关的蓄热式温差发电装置，包括冷却水箱(1)、热流体箱(2)和多个并列的热管(3)，热管(3)的冷凝放热段(6)位于冷却水箱(1)内，所述冷凝放热段(6)上设置多个并联或串联的半导体温差发电模块(7)，其特征在于：还包括蓄电控制模块(4)和金属容器(10)，所述半导体温差发电模块(7)的输电端与蓄电控制模块(4)连接，所述蒸发吸热段(5)置于金属容器(10)内，蒸发吸热段(5)与金属容器(10)之间设置相变蓄热材料(11)。

2.根据权利要求1所述的基于热管热开关的蓄热式温差发电装置，其特征在于：所述热管(3)的绝热段(8)位于冷却水箱(1)和热流体箱(2)之间，绝热段(8)外套绝热套件(9)。

3.根据权利要求1或2所述的基于热管热开关的蓄热式温差发电装置，其特征在于：所述金属容器(10)外均布有翅片(12)。

4.根据权利要求1或2所述的基于热管热开关的蓄热式温差发电装置，其特征在于：还包括散热器(15)，所述冷却水箱(1)的进水孔I(13)与散热器(15)的出口连通，冷却水箱(1)的出水孔I(14)与散热器(15)的进口连通。

5.根据权利要求4所述的基于热管热开关的蓄热式温差发电装置，其特征在于：所述冷却水箱(1)的进水孔I(13)与散热器(15)的出口连通的管路(16)上串接有水泵(17)和电磁阀(18)，所述水泵(17)和电磁阀(18)由蓄电控制模块(4)供电并控制。

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