CN206135744U - 热泵冷热温差发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种热泵冷热温差发电装置，包括有压缩机、蒸发器和半导体温差发电芯片，其特征在于：压缩机与蒸发器通过管道相通，蒸发器表面直接或间接的固定有半导体温差发电芯片。本实用新型作为一个稳定高效的温差发电装置，具有结构简单，发电效率高、操作维护简单等优点，发电成本低，容易实现大批量的规模化应用，直接供用户使用或将电量存储起来可以作为备用电源，或直接反馈到压缩机的输入端，降低功耗，因此本实用新型的应用领域较广泛，市场应用前景良好。

Description

热泵冷热温差发电装置

技术领域

本实用新型属于一种发电设备领域，尤其涉及一种利用压缩机工作相连的蒸发器与外界的温差发电，同时利用冷凝器与外界温差进行发电的装置。

背景技术

冷凝器为制冷系统的机件，属于换热器的一种，能把蒸气转变成液体，将管子中的热量，以很快的方式，传到管子附近的空气中。冷凝器工作过程是个放热的过程，冷凝器表面温度都比较高，所以冷凝器与周围环境之间存在较大的温差。同理，蒸发器是制冷四大件中很重要的一个部件，经冷凝器冷凝的冷媒变成液体后经毛细管等节流元件节流经蒸发器蒸发吸热，与外界的空气进行热交换，达到制冷的效果，蒸发器表面的温度较低，与周围环境之间也存在较大的温差。因此，上述两种温差如果能够进行高效的利用，将能产生较大的经济和社会效益，而随着半导体温差发电芯片的效能不断提升，并采用叠加法进行热量回收，使得本实用新型的实际应用成为现实，正是在这种背景下，本实用新型应运而生。

实用新型内容

本实用新型目的是针对现有的冷凝器、蒸发器与外界环境中存在着较大温差，通过利用半导体温差发电芯片多层叠加结构，同时利用上述温差进行发电的热泵冷热温差发电装置，从而实现温差的高效发电利用。

本实用新型是通过如下技术方案来实现的：

热泵冷热温差发电装置，包括有压缩机、蒸发器和半导体温差发电芯片，其特征在于：压缩机与蒸发器通过管道相通，蒸发器表面直接或间接的固定有半导体温差发电芯片。

还包括冷凝器，所述冷凝器表面直接或间接的固定有半导体温差发电芯片，冷凝器也与压缩机通过管道相通。

所述温差发电芯片为多层叠加结构。

所述冷凝器和蒸发器表面为平面或多面体平面。

所述多层叠加结构包括有均温板，半导体温差发电芯片和均温板相互固定，多层叠加。

所述冷凝器和/或蒸发器表面固定有均温板，在均温板上固定有半导体温差发电芯片。

所述半导体温差发电芯片和/或均温板上设置有绝缘层，绝缘层上至少包括有可焊接部位和电气连接分布线路层。

所述冷凝器的表面固定的半导体温差发电芯片最外侧平面上固定有散热装置。

所述蒸发器表面固定的半导体温差发电芯片最外侧平面上固定有换热装置。

本实用新型的有益效果：在思维方式上，本专利完全颠覆了利用热源表面与外界环境温差进行发电的思维局限，转而通过冷源表面与外界环境温差来进行发电，更进一步的采用上述两者温差方式同时进行发电，能够大幅提高温差发电效率，加速半导体温差发电领域的推广和普及，开创了能源利用的新思路，具有较大的社会意义和经济效益。

通过半导体温差发电芯片的多层叠加结构设置，对温差进行更加高效的利用，从而进一步提高发电效率。同时，均温板的设置和形状变化，一方面使冷或热传递更加均匀，安装更加方便，同时均温板的形状变化，能够使半导体温差发电芯片的多层叠加结构空间分布更加合理。

本实用新型作为一个稳定高效的温差发电装置，具有结构简单，发电效率高、操作维护简单等优点，发电成本低，容易实现大批量的规模化应用，直接供用户使用或将电量存储起来可以作为备用电源，或直接反馈到压缩机的输入端，降低功耗，因此本实用新型的应用领域较广泛，市场应用前景良好。

附图说明

图1为实用新型一优选实施例的总体示意图；

图2为实用新型中蒸发器温差发电结构的立体分解示意图；

图3为实用新型中冷凝器温差发电结构的立体分解示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例一

如图1所示，为本实用新型一优选实施例的整体结构示意图。实施例包括有压缩机1、冷凝器温差发电结构a、蒸发器温差发电结构b、毛细管2、散热循环泵3、散热器4、加热循环泵5、加热器6等组成。其中，压缩机1、冷凝器温差发电结构a、蒸发器温差发电结构b三者之间通过毛细管2连通，压缩机1工作后，使冷凝器管内的压力和温度升高，同时经毛细管节流后使蒸发器表面的温度降低，由此分别与外界产生热与外界，冷与外界的温差，通过冷凝器温差发电结构a和蒸发器温差发电结构b进行高效发电利用。

冷凝器温差发电结构a的散热装置在本实施例中采用了水冷的方式，因此在其一端连接有散热循环泵3，散热循环泵3与散热器4相连，散热器4通过管路再与冷凝器温差发电结构a的另一端相连，构成一水冷散热回路。其中，散热循环泵3主要是为管道内部循环的导热液体提供动力，而散热器4主要是对导热液体进行散热降温。

同理，在蒸发器温差发电结构b的换热装置在本实施例中采用了水循环的方式，其一端连接有加热循环泵5，加热循环泵5与加热器6相连，加热器6相连通过管路再与蒸发器温差发电结构b的另一端相连，构成一热交换回路。其中，加热循环泵5主要是为管道内部循环的导热液体提供动力，而加热器6主要是对导热液体进行加热升温。

加热器6是一种将设备输入的能量转化为热能的装置，例如空气能加热器、太阳能加热器、地热加热器或或利用其它能源进行加热的装置。

以上装置在实施过程中，一般都设置有温度控制和反馈电路，当管道内的温度探头探测到导热液体高于或低于某一刻度时，散热循环泵3、散热器4、加热循环泵5、空气能加热器6等开始工作，而达到温度合理区间后，再自行关闭，以实现系统的整体节能。

如图2所示，本实施例蒸发器温差发电结构b的立体分解示意图。蒸发器温差发电结构b主要由外壳b1、蒸发管b2、端盖b3、第一半导体温差发电芯片b4、加热水胆b5、均温板b6、第二半导体温差发电芯片b7等组成。其中，蒸发器包括有外壳b1、蒸发管b2、形成一平板式蒸发器。蒸发管b2为中空圆管状的串并联结构，以扩大与外壳b1之间的接触面积。外壳b1分为上下两个部分，设置有对应蒸发器b2管状大小的凹槽，通过合拢后使蒸发管b2紧密接触外壳b1，为提高热传导效率，可以采用焊接和/或粘结固化将蒸发管b2安装在外壳b1内。

压缩机1分别与冷凝器、蒸发器连接，在外壳b1的上下表面上分别安装有结构相同的温差发电结构，以其中的一个侧面为例。在蒸发器表面(即外壳b1表面)对一个与半导体温差发电芯片的冷端，直接固定有四个的第一半导体温差发电芯片b4、在四个第一半导体温差发电芯片b4的表面固定有均温板b6，在均温板b6上固定有六个的第二半导体温差发电芯片b7，形成第一半导体温差发电芯片b4、均温板b6和第二半导体温差发电芯片b7之间的多层叠加结构。在最外侧的第二温差发电芯片b7的表面固定有加热装置，即加热水胆b5。在实际的应用中，根据不同的使用需要，可以在最外侧半导体温差发电芯片上先固定均温板，再在均温板上固定或连接有散热装置，尤其是在最外侧半导体温差发电芯片需要散热，但是散热量不大的情况下，通过均温板只需要安装一个较小散热结构即可，从而减少空间利用和生产成本。

外壳a1是一种热传导部件，能够将蒸发管2的热量通过液体传导、解除传导等方式，快速传导到其他部件，一般制作材质为金属、复合金属或陶瓷等，其中外壳a1的形状主要是由蒸发管a2的形状决定的。如本实施例中，蒸发管a2的形状为直管状，采用中空的圆管并在两端贯通，形成一个整体。水冷式蒸发器的表面形状主要有外壳a1决定，其表面为平面、或是多面体平面，如需要扩大安装半导体发电芯片的数量，一般采用多面体平面的表面，形状为中空的棱柱体。

加热水胆b5为一中空的长方形结构，在空腔b51内部分布有散热器片。在端盖b3上设置有中空管b31，贯穿于端盖b3，端盖b3在两端分别与加热水胆b5的内腔b51对应连接并密封，导热液体从端盖b3一端的中空管b81流入加热水胆内腔b51，再到端盖b3另一端的侧边管b31流出，形成一个完整的导热液体流通通道，通过外接加热循环泵5，通过加热器6对管道内的导热液体进行加热。

在实际的应用中，多层叠加结构也可以采用多个均温板进行安装，以每层面积递增的方式，扩大发电芯片的数量，从而提高温差发电的效率。

上述多层叠加结构，主要由半导体温差发电芯片直接叠加或半导体温差发电芯片与均温板规则或非规则的相互叠加，例如：半导体温差发电芯片与均温板交错叠加，或者是直接叠加在均温板表面等。在叠加层数上，可以根据压缩机的功率大小，余热温差发电效率，以及安装空间的分布，结合价格、生产等因素，进行综合选择考虑，一般为2层及以上。

在实际应用中，如果对于热量回收要求较低，或是随着温差发电芯片效率的提升，也可以直接或间接的在冷凝器表面单独固定一层半导体温差发电芯片进行余热回收利用。

均温板b6是指导热系数高、热阻小，受热后能够快速将热量传导和均匀分布的物体或装置，常用的为铜、热管、铝和铝合金、相变材料、碳纤维、石墨烯等中的一种金属、非金属或装置。在本实施例中，均温板b6为一场长方形的平板结构，其面积远大于第一温差发电芯片b4和第二温差发电芯片b7，具有以下几个方面优势：一方面，使第一温差发电芯片b4和第二温差发电芯片b7之间的传导更加均匀和高效；另一方面，考虑到生产安装的效率提升，便于形成模块化结构。

在具体实施过程中，外壳b1表面也可以固定有均温板，在均温板上固定有半导体温差发电芯片。均温板的形状也可以为长方体、棱锥体、“L”字型、“U”字型结构等，在其表面固定半导体温差发电芯片和均温板，从而改变温差发电芯片和其他均温板的空间位置分布。

在半导体温差发电芯片、均温板b6、第二温差发电芯片b7等表面设置有绝缘层，绝缘层上设置有线路层，采用搪瓷或阳极氧化方式制作。绝缘层上设置有线路层，采用印刷、电镀、复合或喷涂方式制作。一般来说，采用传统印刷的方式能够较好适用，尤其是在表面强度和耐久度，适合于批量化生产。线路层至少包括有可焊接部位和电气连接分布，温差发电芯片分别固定在可焊接部位，各个温差发电芯片之间的电气连接为串联和/或并联，使每个温差发电芯片形成电气连接为整体，统一输出电压和电流。

在线路层上除至少包括有可焊接部位和电气连接分布外，还可以设置有静电保护电路，整流、限压、电流控制等电路中的一种或多种，以满足不同的功能需要。

在本实施例中，换热装置内部设置有导热液体，即加热水胆b5。但是在实际应用中，还可以采用带有散热器片的热管、风扇、水冷、铝合金散热器、翅片散热器等中的一种或多种组合，以满足不同环境和散热强度要求。

导体温差发电芯片、均温板b6、散热装置b7等部件之间的固定方式为焊接和/或粘结固化，固化粘结可以采用高导热水泥进行粘结。根据需要会优先考虑进行焊接，如表面由于材料难以焊接，可以在表面通过电镀、复合、喷涂等方式涂覆一金属层后再进行焊接。通过焊接的方式，其接触热阻可以大幅度的减少，有助于提高热传导效率，另一面该生产制作工艺简单，适合于批量化的大规模生产，有助于提高生产效率，减少生产成本。

如图3所示，为本实施例冷凝器温差发电结构a的立体分解示意图。冷凝器温差发电结构a主要由外壳a1、冷凝管a2、侧盖a3、第一半导体温差发电芯片a4、散热水胆a5、均温板a6和第二半导体温差发电芯片a7等组成。其中，冷凝器由外壳a1、冷凝管a2组成，形成一水冷式冷凝器。冷凝管a2为螺旋状，内部流通制冷工质的中空管装结构，压缩机工作时，压缩蒸发器蒸发的工质蒸汽从而使冷凝管2的表面温度升高，为更好的将冷凝管a2的多余热量进行高效利用，我们将冷凝管a2放置于外壳a1的内腔，在空腔内填充好导热液体，如水、油等，并在外壳a1的两端分别通过螺丝安装两个对称的侧盖3来进行密封。同时，在侧盖a3上设置有中空的侧边管a31和中心管a32，分别贯穿于侧盖a3，在侧盖a3安装冷凝管的一侧表面上设置有众多开槽a33，各开槽a33在侧盖a3内部相互贯通，形成一个整体，并与侧边管a31联通。在外壳a1的两端安装好侧盖3后，散热水胆a5的内腔a51对于开槽a33连接并密封，导热液体从侧盖a3一端的侧边管a31流入到开槽a33，再到散热水胆内腔a51，到另一端开槽a33，最后到侧盖a3另一端的侧边管a31流出，形成一个完整的导热液体流通通道。同样的道理，侧盖a3上的中心管a32与外壳a1的内腔也形成一独立导热液体流通通道。以上两个导热液体流通通道，通过两端的侧边管a31和中心管a32外接循环泵，可以快速进行热交换并将热量导出。

外壳a1的内部空腔内分布有散热片，从而增加传导面积，进一步提高热传导效率。但是不限定与散热片，外壳a1的内部空腔也可以分布可以设置有凹槽、凸起或散热片等结构，提高与空腔内置的液体介质接触面积。

散热水胆a5以及加热水胆b5，是水换热器的一种，一般制冷行业技术人员的常用叫法，是指内部流通有导热介质的箱体，主要作用是对水胆表面的接触物体表面温度进行传导，由其内部导热介质流通后均匀分布的装置。散热水胆a5的形状可以为类似半圆形或棱柱形的机构。在内部结构上，与外壳1相似，散热水胆a5内部空腔a51也设置有散热片的类似结构，扩大与内部液体的接触面积。

在外壳a1的六个表面上分别安装有结构相同的温差发电结构，以其中的一个侧面为例。在水冷式冷凝器表面(即外壳a1的表面)直接固定有至少一片的第一温差发电芯片a4、在众多第一温差发电芯片4的表面固定有均温板a6，在均温板a6上固定有至少一片的温差发电芯片a7，形成第一半导体温差发电芯片a4、均温板a6和第二半导体温差发电芯片a7之间的多层叠加结构，在最外侧的第二温差发电芯片7的表面固定有散热水胆a5。

在某些特助情况下，冷凝器也可以直接由冷凝管a2做成为方形中空管，通过并行排列后形成一平整的发电芯片安装表面，按照本实用新型所述的结构和方法组成温差发电装置。

在上述的实施例中，蒸发器温差发电结构b和冷凝器温差发电结构a的内部结构相似，可以通过蒸发器与冷凝器之间的互换，进行结构上的替换。

本实用新型较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在技术方案范围内进行的通常变化和替换都应该包括在本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.热泵冷热温差发电装置，包括有压缩机、蒸发器和半导体温差发电芯片，其特征在于：压缩机与蒸发器通过管道相通，蒸发器表面直接或间接的固定有半导体温差发电芯片。

2.根据权利要求1所述的热泵冷热温差发电装置，其特征在于：还包括冷凝器，所述冷凝器表面直接或间接的固定有半导体温差发电芯片，冷凝器也与压缩机通过管道相通。

3.根据权利要求2所述的热泵冷热温差发电装置，其特征在于：所述温差发电芯片为多层叠加结构。

4.根据权利要求3所述的热泵冷热温差发电装置，其特征在于：所述冷凝器和蒸发器表面为平面或多面体平面。

5.根据权利要求4所述的热泵冷热温差发电装置，其特征在于：所述多层叠加结构包括有均温板，半导体温差发电芯片和均温板相互固定，多层叠加。

6.根据权利要求4所述的热泵冷热温差发电装置，其特征在于：所述冷凝器和/或蒸发器表面固定有均温板，在均温板上固定有半导体温差发电芯片。

7.根据权利要求5或6所述的热泵冷热温差发电装置，其特征在于，所述半导体温差发电芯片和/或均温板上设置有绝缘层，绝缘层上至少包括有可焊接部位和电气连接分布线路层。

8.根据权利要求4、5或6所述的热泵冷热温差发电装置，其特征在于，所述冷凝器的表面固定的半导体温差发电芯片最外侧平面上固定有散热装置。

9.根据权利要求4、5或6所述的热泵冷热温差发电装置，其特征在于，所述蒸发器表面固定的半导体温差发电芯片最外侧平面上固定有换热装置。