CN202513852U

CN202513852U - 利用城市沥青路面与地下水源管道温差发电系统

Info

Publication number: CN202513852U
Application number: CN2012200609891U
Authority: CN
Inventors: 姚占勇; 李帅; 张堃
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2012-02-24
Filing date: 2012-02-24
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2022-02-24

Abstract

本实用新型公开了一种利用城市沥青路面与地下水源管道温差发电系统，在城市沥青路面内布设水流管网，水流管网并联于城市沥青路面下铺设的水源管道上，且水流管网的回流水端一部分缠绕在水源管道上，在水流管网与城市沥青路面之间以及水流管网与水源管道连接部分温差较大区域上分别设有温差发电模块。本实用新型通过温差发电模块对路面温度进行采集，可以起到平衡路面温度与环境温度的作用，提高路面结构受温度影响的耐久性和使用性能，同时温差发电具有性能可靠、无污染、无噪音、永续使用的优势，产生的电能也可以作为道路照明、红绿灯等市政工程用电的补充。

Description

利用城市沥青路面与地下水源管道温差发电系统

技术领域

本实用新型涉及一种路面发电技术，尤其是一种利用城市沥青路面与地下水源管道温差发电系统。

背景技术

温差发电技术是利用塞贝克效应将热能直接转化为电能的新型发电技术。近年来，随着高性能热电材料的不断研发，温差发电技术在各个领域被不断的应用和推广，如航天器上的放射性同位素温差发电器、汽车尾气余热回收系统、海洋温差能的利用等。目前，该技术仅在特定的高端技术领域进行应用，在路面热能利用领域尚无应用先例。

实用新型内容

本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种利用城市沥青路面与地下水源管道温差发电系统，该系统利用温差发电效应，通过温差发电模块，将沥青路面与城市道路下流通自来水的温差转化成电能进行利用，同时减弱温度效应对路面的影响，提高路面的使用性能和耐久性。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种利用城市沥青路面与地下水源管道温差发电系统，在城市沥青路面内布设水流管网，水流管网并联于城市沥青路面下铺设的水源管道上，且水流管网的回流水端一部分缠绕在水源管道上，在水流管网与城市沥青路面之间以及水流管网与水源管道连接部分接触面上分别设有若干温差发电模块。

所述温差发电模块分别设置于水流管网内循环水与沥青路面温差较大区域的水流管网上，以及水流管网的回流水端部分缠绕在水源管道区域上，且该温差发电模块一边与水流管网的回流水端管壁接触，另一边与水源管道管壁接触。

本实用新型通过在城市沥青路面内布设水流管网，水流管网内的低温水来自城市自来水管道、地下水或其他水源(本文以自来水为例进行说明)，利用沥青路面高温和水管低水温形成的温差发电。

沥青路面作为直接暴露在自然环境下的建筑结构，直接受到太阳辐射、气温、风力等自然因素的影响，会接受积蓄大量的路面热能，在夏冬季会达到较为极端的路面温度值。这就会直接影响到路面的使用性能和耐久性(路面温度过高会引起路面车辙，路面温度过低会引起低温开裂)。该项技术是对路面热能进行利用，同时减弱温度效应对路面的影响，提高路面的使用性能和耐久性。

在沥青路面结构内设置水流管网，与城市道路下设的自来水管道相连，引用其中的流动水进入路面管网，以水为传递热能的媒介平衡沥青路面温度与环境温度，同时形成具有较大温差的特定接触面用以温差发电，流动水参与完成热能的传递和温差发电后流回原有的城市自来水系统，形成循环。

沥青路面温差发电技术核心的技术要点是：温差发电系统内热端和冷端的设计与选择。该项技术以沥青路面或流经沥青路面加热后的热自来水为热端，以深埋地下常温或低温的自来水为冷端。

该项沥青路面温差发电系统包括三个主要部分：沥青路面结构内布设的水流管网、水流管网与城市道路下铺设的自来水管道的有效连接、在特定位置布设温差发电模块形成的发电系统。

1)水流管网的布设

考虑到热能在沥青里面结构内的分布和水流管网对沥青路面结构使用性能的影响，水流管网可布设在路面以下10cm深度处(实施时需先根据具体的路面结构类型进行试验、理论验证)。

水流管网的长度、布置形式以水流流出时水温与沥青路面结构温度一致为宜。需考虑水流流速、城市道路路面的功能分区和对路面结构使用性能的影响等。

水流管网布置的位置以人行道、交通量较小的车道区域为宜，以承受较小行车荷载为区域选择标准。

水流管网是整个沥青路面温差发电系统中重要且最易受到破坏的环节，因此水流管网材料的选择和施工运营期对其保护非常重要。水流管网宜采用具有较高导热性能、较高强度和耐久性的材料。

另外，沥青路面结构施工时可以使用掺加石墨等掺加剂的沥青混合料以提高结构的导热性能，进而提高温差发电的效率。

2)水流管网与自来水、暖气管道的连接

连接部分的设置要考虑城市自来水管道的布置的特点：管道平行于道路中心线布置；管道通常布置在人行道或行车较少的车道下；管道埋深通常在2m左右。以减小对自来水系统的影响为设置原则。

连接部分设置时特别注意的一个技术要点是：循环水并非直接流回自来水管道，而是有一段并行调节温度的过程，这一过程中流经沥青路面升温或降温后的循环水与自来水管道内的水有一定温度差，可以布置温差发电模块用来发电。

连接部分控制循环水进去沥青路面管网的阀门需设置在路面以上或易操作的位置并注意保护，主管道与循环管道管径差异、水压差异要协调好，同时应做好连接部分防止水渗漏的措置。

3)温差发电模块的布设

无论夏季还是冬季，沥青路面结构与自来水之间都存在较大的温度差，这一温度差不宜通过浅埋自来水管道来实现，该项技术通过将管道内循环水引入沥青路面结构内水流管网的方法加以解决。循环水刚进入沥青路面结构时，两者会有较大的温度差异，然后会受到沥青路面加热或冷却，循环水流回自来水管道前，又会与管道内的水存在较大的温度差异。因此，温差发电模块有两个布置区域：一是水流管网前段，循环水与沥青路面温差较大的区域，可直接将温差发电模块贴在水流管道上；二是循环水流回前与自来水管道并行，两者存在较大温差的区域，温差发电模块需一边接触水流管网循环水管壁一边接触自来水管道管壁。

温差发电模块布设的数量和密度可根据路用电器的电压、实际路面情况及经济性来确定。温差发电模块是现有的技术，可在市场上买到，在此不再赘述。

温差发电材料选择是整个发电模块最重要的环节，宜选用经济性好、热电转换效率高的新型材料。目前市场上具有较高品质因数的低温发电材料是Bi2Te3-Bi2Se3固溶体(N型)和Bi2Te3-Sb2Te3固溶体(P型)，如广东富信电子科技有限公司生产的TEG1-127-2.8-3.5-200型温差发电组件等。但是，随着科技的进步新型的更高效的温差发电材料会不断出现，要及时更新采用新材料新技术。

温差发电模块需设置蓄电装置，调节温差发电电能的使用，如果需要还需要设置直流交流电转换装置，温差发电产生的电能为直流电。

本实用新型的有益效果是，该项沥青路面温差发电技术通过温差发电模块对路面温度进行采集，可以起到平衡路面温度与环境温度的作用，提高路面结构受温度影响的耐久性和使用性能，同时温差发电具有性能可靠、无污染、无噪音、永续使用的优势，产生的电能也可以作为道路照明、红绿灯等市政工程用电的补充。

附图说明

图1本实用新型结构示意图；

图2是温差发电模块构造示意图；

图3是水流管网平面布设示意图；

图4是水流管网与主管道连接示意图；

图5是温差发电模块布置示意图；

其中1.导电体，2.导热绝缘保护外壳，3.隔热保护外壳，4.接触热端，5.接触冷端，8.自来水管道，10.阀门，11.回流水端，12.温差发电模块，13城市沥青路面，14.水流管网。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图1-5所示，一种城市沥青路面温差发电系统，在城市沥青路面13内布设水流管网14，水流管网14并联于城市沥青路面13下铺设的水源管道上，且水流管网14的回流水端11一部分缠绕在水源管道上，在水流管网14与城市沥青路面13之间以及水流管网14与水源管道连接部分温差最大区域上分别设有若干温差发电模块12。温差发电模块12通过电路与用电设备相连。

温差发电模块12分别设置于水流管网14内循环水与城市沥青路面13温差最大区域的水流管网14上，以及水流管网14的回流水端11部分缠绕在水源管道区域上，且该温差发电模块12一边与水流管网14的回流水端11管壁接触，另一边与水源管道管壁接触。

本实用新型中的水源为自来水或暖气或地下水。此处以自来水为例说明。其他水源于此类似，不再赘述。

城市沥青路面13作为直接暴露在自然环境下的建筑结构，直接受到太阳辐射、气温、风力等自然因素的影响，会接受积蓄大量的路面热能，在夏冬季会达到较为极端的路面温度值。这就会直接影响到路面的使用性能和耐久性(路面温度过高会引起路面车辙，路面温度过低会引起低温开裂)。该项技术是对路面热能进行利用，同时减弱温度效应对路面的影响，提高路面的使用性能和耐久性。

在城市沥青路面13内设置水流管网14，与城市道路下设的自来水管道8相连，引用其中的流动水进入路面管网，以水为传递热能的媒介平衡沥青路面温度与环境温度，同时形成具有较大温差的特定接触面用以温差发电，流动水参与完成热能的传递和温差发电后流回原有的城市自来水系统，形成循环。

该项沥青路面温差发电系统包括三个主要部分：沥青路面结构内布设的水流管网14、水流管网14与城市道路下铺设的自来水管道8的有效连接、在特定位置布设温差发电模块12形成的发电系统。

1)水流管网14的布设

如图3所示，考虑到热能在沥青里面结构内的分布和水流管网14对沥青路面结构使用性能的影响，水流管网14可布设在路面以下10cm深度处(实施时需先根据具体的路面结构类型进行试验、理论验证)。

水流管网14的长度、布置形式以水流流出时水温与沥青路面结构温度一致为宜。需考虑水流流速、城市道路路面的功能分区和对路面结构使用性能的影响等。

水流管网14布置的位置以人行道、交通量较小的车道区域为宜，以承受较小行车荷载为区域选择标准。

水流管网14是整个沥青路面温差发电系统中重要且最易受到破坏的环节，因此水流管网材料的选择和施工运营期对其保护非常重要。水流管网宜采用具有较高导热性能、较高强度和耐久性的材料。

2)水流管网14与自来水管道的连接

如图4所示，连接部分的设置要考虑城市自来水管道8的布置的特点：管道平行于道路中心线布置；管道通常布置在人行道或行车较少的车道下；管道埋深通常在2m左右。以减小对自来水系统的影响为设置原则。

连接部分设置时特别注意的一个技术要点是：循环水并非直接流回自来水管道8，而是有一段并行调节温度的过程，这一过程中流经沥青路面升温或降温后的循环水与自来水管道内的水有一定温度差，可以布置温差发电模块12用来发电。

连接部分控制循环水进去沥青路面管网的阀门10需设置在路面以上或易操作的位置并注意保护，主管道与循环管道管径差异、水压差异要协调好，同时应做好连接部分防止水渗漏的措置。

3)温差发电模块的布设

无论夏季还是冬季，沥青路面结构与自来水之间都存在较大的温度差，这一温度差不宜通过浅埋自来水管道来实现，本实用新型通过将管道内循环水引入沥青路面结构内水流管网的方法加以解决。循环水刚进入沥青路面结构时，两者会有较大的温度差异，然后会受到沥青路面加热或冷却，循环水流回自来水管道8前，又会与管道内的水存在较大的温度差异。因此，温差发电模块有两个布置区域：一是水流管网14前段，循环水与沥青路面温差较大的区域，可直接将温差发电模块12贴在水流管道上；二是循环水流回前与自来水管道并行，两者存在较大温差的区域，温差发电模块12需一边接触水流管网14循环水管壁一边接触自来水管道8管壁。

如图5所示，温差发电模块12布设的数量和密度可根据路用电器的电压、实际路面情况及经济性来确定。如图2所示，温差发电模块12是现有的技术，可在市场上买到，其包括导电体1，导热绝缘保护外壳2，隔热保护外壳3，接触热端4，接触冷端5，在此不再赘述其详细构造。

温差发电材料选择是整个发电模块最重要的环节，宜选用经济性好、热电转换效率高的新型材料。目前市场上具有较高品质因数的低温发电材料是Bi₂Te₃-Bi₂Se₃固溶体(N型)和Bi₂Te₃-Sb₂Te₃固溶体(P型)，如广东富信电子科技有限公司生产的TEG1-127-2.8-3.5-200型温差发电组件等。但是，随着科技的进步新型的更高效的温差发电材料会不断出现，要及时更新采用新材料新技术。

温差发电模块12需设置蓄电装置，调节温差发电电能的使用，如果需要还需要设置直流交流电转换装置，温差发电产生的电能为直流电。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims

1.一种利用城市沥青路面与地下水源管道温差发电系统，其特征是，在城市沥青路面内布设水流管网，水流管网并联于城市沥青路面下铺设的水源管道上，且水流管网的回流水端一部分缠绕在水源管道上，在水流管网与城市沥青路面之间以及水流管网与水源管道连接部分的接触面上分别设有若干温差发电模块。

2.如权利要求1所述的利用城市沥青路面与地下水源管道温差发电系统，其特征是，所述温差发电模块分别设置于水流管网内循环水与沥青路面温差较大区域的水流管网上，以及水流管网的回流水端部分缠绕在水源管道区域上，且该温差发电模块一边与水流管网的回流水端管壁接触，另一边与水源管道管壁接触。

3.如权利要求1所述的利用城市沥青路面与地下水源管道温差发电系统，其特征是，所述水源为自来水或地下水。