CN209375496U - 一种原位热伏发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种原位热伏发电装置，其包括若干个以串联、并联或串并联方式连接的原位热伏发电单元（100），所述原位热伏发电机单元（100）包括由外至内依次排布的外层加固管(110)、外层绝缘导热管（120）、热伏发电管（130）、内层绝缘导热管（140）以及内层加固管（150），所述内层加固管（150）内部为高温流体通道，所述热伏发电管（130）包括与所述内层绝缘导热管(140)直接接触的管状热端导体(131)以及设置在所述管状热端导体(131)外侧的正极热伏材料(160)和负极热伏材料(170)；当所述原位热伏发电机单元放置于低温环境中，并有高温流体通入高温流体通道时，所述原位热伏发电装置将输出电能。

Description

一种原位热伏发电装置

技术领域

本实用新型涉及热伏发电机领域，尤其涉及一种原位热伏发电装置。

背景技术

在自然界中，温差无处不在，从季节变化的四季温差、昼夜温差，地表与地层下的温差等，这些温差蕴藏着巨大的能量，有待于开发和利用。

目前国内还存在许多地方长期缺少甚至没有电力供给，在这些无电区域用电难就成了亟需解决的问题，但是架设发电机组对于人口低密度聚集区而言又存在成本过大无法实现的现状。

温差发电是一种将热能直接转换为电能的技术，其具有结构简单、无污染、无噪音、无运动部件、寿命长、免维护等优点，可应用于自然热能的利用、余热回收、工业节能以及生活电器等领域。申请号为201711032809.2的专利公开了一种基于平板热管的温差发电模块及其构成的热管循环余热温差发电系统，其具体公开了多孔平行流扁管与温差发电片和散热肋片紧密贴合，与风扇封装为一体，构成标准化温差发电模块，根据废热散热量灵活地选取温差发电模块，并与余热管道内换热器构成环路热管，在温差发电片两侧形成稳定的温差，增大了发电规模，但是其发电模块能量转化效率低，并且结构较复杂。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种原位热伏发电装置，旨在解决现有热伏发电装置结构复杂以及能量转化效率较低的问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种原位热伏发电装置，其中，包括若干个以串联、并联或串并联方式连接的原位热伏发电机单元(100)，所述原位热伏发电机单元（100）包括由外至内依次排布的外层加固管(110)、外层绝缘导热管（120）、热伏发电管（130）、内层绝缘导热管（140）以及内层加固管（150），所述内层加固管（150）内部为高温流体通道，所述热伏发电管包括与所述内层绝缘导热管(140)直接接触的管状热端导体(131)以及设置在所述管状热端导体(131)外侧的正极热伏材料(160)和负极热伏材料(170)，所述热伏发电管(130)为板式结构热伏发电管、轴向并联结构热伏发电管或轴向串联结构热伏发电管中的一种；所述外层加固管(110)、内层加固管（150）由导热良好且抗压、抗拉能力良好的材料制作；所述外层绝缘导热管（120）、内层绝缘导热管（140）由绝缘且导热良好的材料制作；热端导体(131)由导电良好的材料制作；当所述原位热伏发电机单元放置于低温环境中，并将高温流体通入高温流体通道时，所述原位热伏发电装置输出电能。

所述的原位热伏发电装置，其中，所述原位热伏发电机单元（100）还包括与所述外层加固管（110）两端固定连接的主体盖板（180），所述主体盖板（180）与所述外层加固管（110）之间设置有密封圈（190），所述主体盖板（180）的外径与外层加固管（110）的外径相同，所述主体盖板（180）的内径大于内层加固管（150）的外径，所述主体盖板（180）上设置有正极导线引出孔（181）和负极导线引出孔（182）；所述主体盖板（180）上设置有安装孔，通过安装孔将主体盖板（180）安装在外层加固管（110）上，并保证外层绝缘导热管（120）、热伏发电管（130）、内层绝缘导热管（140）密封。

所述的原位热伏发电装置，其中，当所述热伏发电管（130）为板式结构热伏发电管时，所述热伏发电管（130）还包括从所述正极导线引出孔（181）引出的正极输出端子（132），从所述负极导线引出孔（182）引出的负极输出端子（133），与所述正极输出端子（132）短路连接的板式正极（134），与所述负极输出端子（133）短路连接的板式负极（135）；所述正极热伏材料（160）的内侧均匀焊接在所述管状热端导体（131）的外侧弧形面板上，所述正极热伏材料（160）的外侧则焊接在所述板式正极（134）内侧弧形面板上；所述负极热伏材料（170）的内侧均匀焊接在管状热端导体（131）的外侧另一弧形面板上，所述负极热伏材料（170）的外侧则焊接在板式负极（135）的内侧弧形面板上，所述板式正极（134）与板式负极（135）之间绝缘设置；所述板式正极（134）与板式负极（135）均为导电良好的材料。

所述的原位热伏发电装置，其中，当所述热伏发电管（130）为轴向并联结构热伏发电管时，所述热伏发电管（130）还包括从所述正极导线引出孔（181）引出的正极输出端子（132），从所述负极导线引出孔（182）引出的负极输出端子（133），与所述正极输出端子（132）短路连接的轴向并联正极（136），与所述负极输出端子（133）短路连接的轴向并联负极（137）；在垂直于管状热端导体（131）轴向方向的截面上，所述正极热伏材料（160）与负极热伏材料（170）的内侧依次交错均匀地焊接在所述管状热端导体（131）的外侧圆形面板上，其中，一个正极热伏材料（160）的外侧焊接在所述轴向并联正极（136）内侧，剩余正极热伏材料（160）的外侧均焊接在轴向并联短路导体（300）内侧，其中，一个负极热伏材料（170）的外侧焊接在所述轴向并联负极（137）内侧，剩余负极热伏材料（170）的外侧均焊接在轴向并联短路导体（300）内侧；轴向并联正极（136）与轴向并联负极（137）相邻；在垂直于管状热端导体（131）轴向方向的截面上，从轴向并联正极（136）顺时针方向相邻的负极热伏材料（170）开始，互为相邻的负极热伏材料（170）和正极热伏材料（160）的外侧焊接在同一个轴向并联短路导体（300）的内侧弧形面板上；相邻轴向并联短路导体（300）之间绝缘设置，所述轴向并联正极（136）、轴向并联负极（137）以及轴向并联短路导体（300）三者之间均绝缘设置；所述轴向并联正极（136）、轴向并联负极（137）以及轴向并联短路导体（300）均为导电良好的材料；所有平行于热伏发电管（130）轴向的热伏材料具有相同的属性，要么都为正极热伏材料（160），要么都为负极热伏材料（170）；所有平行于热伏发电管（130）轴向的导体具有相同的类型，要么都为轴向并联正极（136），要么都为轴向并联负极（137），要么都为轴向并联短路导体（300）。

所述的原位热伏发电装置，其中，当所述热伏发电管（130）为轴向串联结构热伏发电管时，所述热伏发电管（130）还包括从所述正极导线引出孔（181）引出的正极输出端子（132），从所述负极导线引出孔引（182）出的负极输出端子（133），与所述正极输出端子（132）短路连接的轴向串联正极（138），与所述负极输出端子（133）短路连接的轴向串联负极（139）；在垂直于管状热端导体（131）轴向的方向上，所述正极热伏材料（160）和负极热伏材料（170）各自均呈圆环状排列，在沿管状热端导体（131）的轴向方向上，所述呈圆环状排列的正极热伏材料（160）和负极热伏材料（170）内侧依次交替焊接在在所述管状热端导体（131）的外侧圆形面板上，交替焊接的圆环状排列的正极热伏材料（160）和负极热伏材料（170）圈数相等，最外一圈正极热伏材料的外侧与轴向串联正极（138）内侧焊接，最外一圈负极热伏材料的外侧与轴向串联负极（139）内侧焊接，中间相邻圈状排列的正极热伏材料和圈状排列的负极热伏材料外侧，圈状成对与同一个轴向串联短路导体（400）内侧焊接；在沿管状热端导体轴向的方向上，一个轴向串联短路导体（400）内侧与相邻的一圈负极热伏材料（170）和一圈正极热伏材料（160）外侧焊接在一起；相邻轴向串联短路导体（400）之间绝缘设置，所述轴向串联正极（138）、轴向串联负极（139）以及轴向串联短路导体（400）三者之间均绝缘设置；所述轴向串联正极（138）、轴向串联负极（139）以及轴向串联短路导体（400）均为导电良好的材料。

所述的原位热伏发电装置，其中，所述原位热伏发电机单元（100）还包括与所述内层加固管（150）两端分别固定连接的主体对接接口（200），所述内层加固管（150）的长度大于外层加固管（110）的长度。

所述的原位热伏发电装置，其中，所述外层加固管（110）、外层绝缘导热管（120）、热伏发电管（130）、内层绝缘导热管（140）以及内层加固管（150）均为圆柱筒状结构，相邻交界面紧密相贴；所述外层加固管（110）、外层绝缘导热管（120）、热伏发电管（130）、内层绝缘导热管（140）长度相等。

所述的原位热伏发电装置，其中，所述外层加固管（110）以及内层加固管（150）均由不锈钢材料制备而成；所述外层绝缘导热管（120）和内层绝缘导热管（140）均由导热硅胶制备而成。

所述的原位热伏发电装置，其中，所述正极热伏材料（160）为具有塞贝克效应的P型半导体材料，所述负极热伏材料（170）为具有塞贝克效应的N型半导体材料。

所述的原位热伏发电装置，其中，对大尺寸碲化铅单晶正极热伏材料和负极热伏材料进行切割，切割方法如下：

第一步，通过X射线定向仪和X射线粉末衍射仪，分别对大尺寸碲化铅单晶正极热伏材料和负极热伏材料进行精确定向，确定（100）和（111）晶面方向；

第二步，在第一步正极热伏材料的基础上，通过线切割机沿（100）和（111）晶面方向进行切割，从而获取碲化铅单晶（100）和（111）方向正极热伏切割材料；

第三步，在第一步负极热伏材料的基础上，通过线切割机沿（100）和（111）晶面方向进行切割，从而获取碲化铅单晶（100）和（111）方向负极热伏切割材料；

以第二步得到的正极热伏切割材料作为正极热伏材料（160），以第三步得到的负极热伏切割材料作为负极热伏材料（170）。

有益效果：本实用新型提供的原位热伏发电装置具有无噪音、无污染、绿色环保的特点，其结构简单，内部不含机械装置，使用寿命长，维护简单方便；本实用新型原位热伏发电装置包括若干个以串联、并联或串并联方式连接的原位热伏发电单元，所述原位热伏发电单元包括由外至内依次排布的外层加固管、外层绝缘导热管、热伏发电管、内层绝缘导热管以及内层加固管，所述内层加固管内部为高温流体通道，所述热伏发电管包括与所述内层绝缘导热管直接接触的圆柱筒状的管状热端导体以及设置在所述管状热端导体外侧的正极热伏材料和负极热伏材料；当将所述原位热伏发电装置放置于低温环境中，并将高温流体溶入所述高温流体通道，所述原位热伏发电装置可将地下高温流体的热能转换为电能，从而收集浪费的地热能，为社会提供更多的能源，并且其能量转化效率较高。

附图说明

图1为本实用新型原位热伏发电单元较佳实施例的结构示意图。

图2为本实用新型原位热伏发电单元的垂直于其轴向方向的截面结构示意图。

图3为本实用新型图1所示原位热伏发电单元中的热伏发电管的结构示意图。

图4为本实用新型主体盖板的垂直于其轴向方向的截面结构示意图。

图5为本实用新型外层加固管的垂直于其轴向方向的截面结构示意图。

图6为本实用新型主体对接接口的垂直于其轴向方向的截面结构示意图。

图7为本实用新型内层加固管的垂直于其轴向方向的截面结构示意图。

图8为板式结构热伏发电管的垂直于其轴向方向的截面结构示意图。

图9为板式结构热伏发电管沿其轴向方向切开后的平面铺展图。

图10为轴向并联结构热伏发电管的垂直于其轴向方向的截面结构示意图。

图11为轴向并联结构热伏发电管沿其轴向方向切开后的平面铺展图。

图12为轴向串联结构热伏发电管的垂直于其轴向方向的第一截面结构示意图。

图13为轴向串联结构热伏发电管的垂直于其轴向方向的第二截面结构示意图。

图14为轴向串联结构热伏发电管沿其轴向方向切开后的平面铺展图。

图15为多个原位热伏发电单元串联组合时的结构示意图。

图16为多个原位热伏发电单元并联组合时的结构示意图。

图17为多个原位热伏发电单元串并联组合时的结构示意图。

图18为本实用新型原位热伏发电装置在使用过程中的示意图。

100：原位热伏发电单元；110：外层加固管；1101：第一紧固螺孔；120：外层绝缘导热管；130：热伏发电管；131：管状热端导体；132：正极输出端子；133：负极输出端子；134：板式正极；135：板式负极；136：轴向并联正极；137：轴向并联负极；138：轴向串联正极；139：轴向串联负极；140：内层绝缘导热管；150：内层加固管；151：第二紧固螺孔；160：正极热伏材料；170：负极热伏材料；180：主体盖板；181：正极导线引出孔；182：负极导线引出孔；1801：第一安装孔；190：密封圈；200：主体对接接口；201：第二安装孔；202：第三安装孔；300：轴向并联短路导体；400：轴向串联短路导体。

具体实施方式

本实用新型提供一种原位热伏发电装置，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请结合图1至图3所示，本实用新型提供的原位热伏发电装置包括若干个以串联、并联或串并联方式连接的原位热伏发电单元100，所述原位热伏发电单元100包括由外至内依次排布的外层加固管110、外层绝缘导热管120、热伏发电管130、内层绝缘导热管140以及内层加固管150，所述内层加固管150内部为高温流体通道，所述热伏发电管包括与所述内层绝缘导热管140直接接触的圆柱筒状的管状热端导体131以及设置在所述管状热端导体131外侧的正极热伏材料160和负极热伏材料170，所述热伏发电管130为板式结构热伏发电管、轴向并联结构热伏发电管或轴向串联结构热伏发电管中的一种；所述外层加固管(110)、内层加固管（150）由导热良好且抗压、抗拉能力良好的材料制作；所述外层绝缘导热管（120）、内层绝缘导热管（140）由绝缘且导热良好的材料制作；热端导体(131)由导电良好的材料制作；当所述原位热伏发电单元放置于低温环境中，并有高温流体通入高温流体通道时，所述原位热伏发电装置将输出电能。

在一种优选的实施方式中，如图1和图4所示，所述原位热伏发电单元100还包括与所述外层加固管110两端固定连接的主体盖板180，所述主体盖板180与所述外层加固管110之间设置有密封圈190，所述主体盖板180的外径与外层加固管110的外径相同，所述主体盖板180的内径大于内层加固管150的外径，所述主体盖板180上设置有正极导线引出孔181和负极导线引出孔182。所述主体盖板180上设置有安装孔，通过安装孔将主体盖板180安装在外层加固管110上，并保证外层绝缘导热管120、热伏发电管130、内层绝缘导热管140密封。

具体来讲，如图1、图4以及图5所示，所述主体盖板180为高强度材料制作的圆环形结构，其内径比内层加固管150外径稍大，使得主体盖板180可刚好穿过内层加固管外侧，所述主体盖板180的外径与外层加固管110的外径相同。优选的，所述主体盖板180上设置有第一安装孔1801，所述外层加固管110上设置有与所述第一安装孔对应的第一紧固螺孔1101，通过螺钉穿过所述第一安装孔1801和第一紧固螺孔1101可实现将主体盖板180固定在外层加固管110上。所述外层加固管110由高强度的导热材料制备而成，为原位热伏发电单元的最外层结构。更优选的，所述主体盖板180均匀地设置有6个第一安装孔1801，所述外层加固管110上相应的设置有6个第一紧固螺孔1101。

优选的，所述主体盖板180上的正极导线引出孔181位置与热伏发电管130上的正极输出端子132位置对应，所述热伏发电管130上的正极输出端子132外加绝缘密封胶圈后穿过所述正极导线引出孔181，将正极输出端子132引出原位热伏发电单元100，并与主体盖板180绝缘且密封。相应的，所述主体盖板上的负极导线引出孔182的位置与热伏发电管130上的负极输出端子133位置对应，所述热伏发电管上的负极输出端子133外加绝缘密封胶圈后穿过所述负极导线引出孔182，将负极输出端子133引出原位热伏发电单元100，并与主体盖板180绝缘且密封。

在本实施例中，所述原位热伏发电单元整体为管状结构，可实现地热液体传输功能以及将高温地热液体的热能转换为电能，所述主体盖板180以及设置在所述主体盖板180与外层加固管110之间的密封圈190，可实现对原位热伏发电单元进行密封。

在一种优选的实施方式中，所述外层加固管110、外层绝缘导热管120、热伏发电管130、内层绝缘导热管140以及内层加固管150均为圆柱筒状结构，相邻交界面紧密相贴，所述外层加固管110、外层绝缘导热管120、热伏发电管130、内层绝缘导热管140长度相等，所述内层加固管150的长度大于外层加固管110的长度；所述外层加固管110以及内层加固管150均由不锈钢材料制备而成，所述外层绝缘导热管120和内层绝缘导热管140均由导热硅胶制备而成。

在一种优选的实施方式中，如图1和图6所示，所述原位热伏发电单元100还包括与所述内层加固管150两端分别固定连接的主体对接接口200。

具体来讲，如图6和图7所示，所述主体对接接口200用于给原位热伏发电单元注入高温流体，位于内层加固管150两端的两个主体对接接口，其中一个作为高温流体的流入端，另一个作为高温流体的流出端。优选的，所述高温流体可以是地下石油或地下高温温泉等。所述主体对接接口200为采用高强度材料制作的圆环形结构，其内径与内层加固管150内径相同。优选的，所述主体对接接口200上设置有一组第二安装孔201和一组第三安装孔202，所述内层加固管150上设置有与所述第二安装孔相对应的第二紧固螺孔151，通过螺钉穿过所述第二安装孔201和所述第二紧固螺孔151可实现将主体对接接口200固定在所述内层加固管150上，更优选的，所述主体对接接口200与内层加固管150之间还可设置密封胶垫。优选的，相邻的原位热伏发电单元通过所述第三安装孔202固定连接，使得相邻原位热伏发电单元的高温通道连通。如图6所示，所述第二安装孔201均匀地分布在圆环形主体对接接口200的内侧，所述第三安装孔202均匀地分布在圆环形主体对接接口200的外侧，所述第二安装孔和第三安装孔均设置有6个。

如图2和图7所示，所述内层加固管150设置在原位热伏发电单元的最内侧，所述内层加固管150由高强度的导热材料制备而成，所述内层加固管150紧贴内层绝缘导热管，其外径与内层绝缘导热管内径相同，所述内层加固管150的长度大于外层加固管110的长度，长出的部分便于相邻原位热伏发电单元连接时主体对接接口200之间的紧固操作以及正、负极输出端子的连接操作。所述内层加固管150上均匀地设置有6个与所述第二安装孔201相对应的第二紧固螺孔151，所述内层加固管150的内部为高温流体通道。

在一种优选的实施方式中，所述外层绝缘导热管120和内层绝缘导热管140均采用导热硅胶制备而成。所述外层绝缘导热管120位于外层加固管110和热伏发电管130之间，所述内层绝缘导热管140位于热伏发电管130与内层加固管150之间。

在一种优选的实施方式中，如图8所示，当所述热伏发电管130为板式结构热伏发电管时，所述热伏发电管130还包括从所述正极导线引出孔181引出的正极输出端子132，从所述负极导线引出孔182引出的负极输出端子133，与所述正极输出端子132短路连接的板式正极134，与所述负极输出端子133短路连接的板式负极135；所述正极热伏材料的内侧均匀焊接在所述管状热端导体131的外侧弧形面板上，所述正极热伏材料160的外侧则焊接在所述板式正极134内侧弧形面板上；所述负极热伏材料170的内侧均匀焊接在管状热端导体131的外侧另一弧形面板上，所述负极热伏材料170的外侧则焊接在板式负极135的内侧弧形面板上，所述板式正极134与板式负极135之间绝缘设置；所述板式正极134与板式负极135均为导电良好的材料。

本实施例中，所述管状热端导体131的内径等于内层绝缘导热管的外径，所述管状热端导体131采用导电性能良好的金属材料制备而成，例如铜、铝、铁等。所述正极热伏材料160和负极热伏材料170均为两面平行的材料，从垂直于热伏发电单元轴向的截面来看，所述正极热伏材料160和负极热伏材料170分别分布在截面的上下两个半圆上，如果在正极热伏材料160和负极热伏材料170交界处将管状热端导体131轴向切开并将管状热端导体131展开成一个平面，所述正极热伏材料160和负极热伏材料170在管状热端导体上的分布则如图9所示，从图9可以看出，管状热端导体展131开后，长度为L，宽度为πD3，其中，D3为管状热端导体的外径，所述正极热伏材料160的内侧呈n排m列均匀焊接在展开后的管状热端导体131上部分，所述负极热伏材料170的内侧呈n排m列均匀焊接在展开后的管状热端导体131下部分，所述正极热伏材料的外侧则焊接在板式正极134上；所述负极材料的外侧则焊接在板式负极135上；所述板式正极134为一整块金属导体材料，其外侧紧贴外层绝缘导热管120内侧，板式正极134内侧与所有正极热伏材料160焊接，所述板式正极134展开后长度为L，宽度略小于0.5πD3；板式正极与两端的正极输出端子132短路连接，所述板式正极134材料优选为铜；板式负极135为一整块金属导体材料，外侧紧贴外层绝缘导热管120内侧，板式负极135内侧与所有负极热伏材料170焊接，所述板式负极135展开后长度为L，宽度略小于0.5πD3，板式负极135与两端的负极输出端子133短路连接，所述板式负极135材料优选为铜；所述板式正极134与板式负极135之间绝缘设置。

在一种优选的实施方式中，如图10所示，当所述热伏发电管130为轴向并联结构热伏发电管时，所述热伏发电管130还包括从所述正极导线引出孔181引出的正极输出端子132，从所述负极导线引出孔182引出的负极输出端子133，与所述正极输出端子132短路连接的轴向并联正极136，与所述负极输出端子133短路连接的轴向并联负极137；在垂直于管状热端导体131轴向方向的截面上，所述正极热伏材料160与负极热伏材料170的内侧依次交错均匀地焊接在所述管状热端导体131的外侧圆形面板上，其中，一个正极热伏材料160的外侧焊接在所述轴向并联正极136内侧，剩余正极热伏材料160的外侧均焊接在轴向并联短路导体300内侧，其中，一个负极热伏材料170的外侧焊接在所述轴向并联负极137内侧，剩余负极热伏材料170的外侧均焊接在轴向并联短路导体300内侧；轴向并联正极136与轴向并联负极137相邻；在垂直于管状热端导体131轴向方向的截面上，从轴向并联正极136顺时针方向相邻的负极热伏材料170开始，互为相邻的负极热伏材料170和正极热伏材料160的外侧焊接在同一个轴向并联短路导体300的内侧弧形面板上；相邻轴向并联短路导体300之间绝缘设置，所述轴向并联正极136、轴向并联负极137以及轴向并联短路导体300三者之间均绝缘设置；所有平行于热伏发电管130轴向的热伏材料具有相同的属性，要么都为正极热伏材料160，要么都为负极热伏材料170；所有平行于热伏发电管130轴向的导体具有相同的类型，要么都为轴向并联正极136，要么都为轴向并联负极137，要么都为轴向并联短路导体300。

本实施例中，在垂直于管状热端导体131的轴向截面上，所述焊接到轴向并联负极137上的负极热伏材料170与焊接到轴向并联正极136上的正极热伏材料160相邻，如果从焊接到轴向并联负极137上的负极热伏材料170与焊接到轴向并联正极136上的正极热伏材料160之间将所述管状热端导体沿其轴向切开并展开成一个平面，则正极热伏材料与负极热伏材料在管状热端导体131上的分布如图11所示：所述管状热端导体131展开后，长度为L，宽度为πD3，在与轴向平行的方向上，排列相同性质的热伏材料；在与轴向垂直的方向上，正极热伏材料与负极热伏材料成对交错分布。

在一种优选的实施方式中，如图12-图14所示，当所述热伏发电管130为轴向串联结构热伏发电管时，所述热伏发电管130还包括从所述正极导线引出孔181引出的正极输出端子132，从所述负极导线引出孔182引出的负极输出端子133，与所述正极输出端子132短路连接的轴向串联正极138，与所述负极输出端子133短路连接的轴向串联负极139；在垂直于管状热端导体131轴向的方向上，所述正极热伏材料160和负极热伏材料170各自均呈圆环状排列，在沿管状热端导体的轴向方向上，所述呈圆环状排列的正极热伏材料160和负极热伏材料170内侧依次交替焊接在所述管状热端导体131的外侧圆形面板上，交替焊接的圆环状排列的正极热伏材料160和负极热伏材料170圈数相等，最外一圈正极热伏材料的外侧与轴向串联正极138内侧焊接，最外一圈负极热伏材料的外侧与轴向串联负极139内侧焊接，中间相邻圈状排列的正极热伏材料和圈状排列的负极热伏材料外侧，圈状成对与同一个轴向串联短路导体400内侧焊接；在沿管状热端导体轴向的方向上，一个轴向串联短路导体400内侧与相邻的一圈负极热伏材料170和一圈正极热伏材料160外侧焊接在一起；相邻轴向串联短路导体400之间绝缘设置，所述轴向串联正极138、轴向串联负极139以及轴向串联短路导体400三者之间均绝缘设置；所述轴向串联正极138、轴向串联负极139以及轴向串联短路导体400均为导电良好的材料。

本实施例中，所述轴向串联结构热伏发电管采用同一属性热伏材料在管状热端导体131的轴向上交替分布，所述正极热伏材料160和负极热伏材料170的内侧都焊接到管状热端导体上，正极热伏材料160的外侧焊接到轴向串联正极138或轴向串联短路导体400上；负极热伏材料170的外侧则焊接到轴向串联负极139或轴向串联短路导体400上；所述正极热伏材料160和负极热伏材料170呈圆环状排列，所述呈圆环状排列的正极热伏材料160和负极热伏材料170的圈数相等，且间隔分布，即相邻圈为不同属性的热伏材料。

本实施例中，所述轴向串联负极139与轴向串联正极138分布于原位热伏发电单元的两端；轴向串联正极138为外径等于外层绝缘导热管内径，并与外层绝缘导热管紧贴的环状结构，由金属导电材料构成，优选为铜；轴向串联正极的内侧与正极热伏材料外侧焊接，其宽度与正极热伏材料相等，并与正极输出端子短路连接；所述轴向串联负极139为外径等于外层绝缘导热管内径，并与外层绝缘导热管紧贴的环状结构，由金属导电材料构成，优选为铜；轴向串联负极内侧与负极热伏材料外侧焊接，其宽度与负极热伏材料相等，并与负极输出端子短路连接。

从焊接到轴向串联负极139上的负极热伏材料170与焊接到轴向串联正极138上的正极热伏材料160之间将管状热端导体轴向切开并展开成一个平面，其结构如图13所示：轴向串联短路导体400为外径等于外层绝缘导热管内径，外侧与外层绝缘导热管紧贴的环状结构，由金属导电材料构成，优选为铜；所述轴向串联短路导体400的内侧焊接两圈热伏材料，一圈正极热伏材料，一圈负极热伏材料。

在一种优选的实施方式中，对实用新型专利CN201810246390公示的大尺寸碲化铅单晶正极热伏材料和负极热伏材料进行切割，切割方法如下：

第一步，通过X射线定向仪和X射线粉末衍射仪，分别对大尺寸碲化铅单晶正极热伏材料和负极热伏材料进行精确定向，确定（100）和（111）晶面方向；

第二步，在第一步正极热伏材料的基础上，通过线切割机沿（100）和（111）晶面方向进行切割，从而获取碲化铅单晶（100）和（111）方向正极热伏切割材料；

第三步，在第一步负极热伏材料的基础上，通过线切割机沿（100）和（111）晶面方向进行切割，从而获取碲化铅单晶（100）和（111）方向负极热伏切割材料；

以第二步得到的正极热伏切割材料作为正极热伏材料160，以第三步得到的负极热伏切割材料作为负极热伏材料170。

在一种优选的实施方式中，当所述原位热伏发电装置为由多个原位热伏发电单元串联组合时，如图15所示，此时，原位热伏发电单元的正极输出端子与相邻原位热伏发电单元的负极输出端子短路连接，原位热伏发电单元的负极输出端子与相邻原位热伏发电单元的正极输出端子短路连接。在原位热伏发电装置的两端，其中，一端原位热伏发电单元的未短路连接的正极输出端子作为原位热伏发电装置的正极；一端原位热伏发电单元的未短路连接的负极输出端子作为原位热伏发电装置的负极。

在一种优选的实施方式中，当所述原位热伏发电装置为由多个原位热伏发电单元并联组合时，如图16所示，此时，所有原位热伏发电单元的正极输出端子短路连接，正极输出端子短路连接后构成原位热伏发电装置的正极；所有原位热伏发电单元的负极输出端子短路连接，负极输出端子短路连接后构成原位热伏发电装置的负极。

在一种优选的实施方式中，当所述原位热伏发电装置为由多个原位热伏发电单元串并联组合时，如图17所示，此时，假设原位热伏发电装置由 n×m个原位热伏发电单元构成，先n个原位热伏发电单元构成m组并联方式的原位热伏发电机组，m组并联方式的原位热伏发电机组之间以串联方式连接，构成串并联方式的原位热伏发电装置。

在本实用新型中，如图18所示，将本实用新型提供的原位热伏发电装置插入地下，使地下高温流体接入所述原位热伏发电装置的高温流体通道，让地下高温流体流过原位热伏发电单元，所述原位热伏发电装置就可以输出电能。

综上所述，本实用新型提供的原位热伏发电装置具有无噪音、无污染、绿色环保的特点，其结构简单，内部不含机械装置，使用寿命长，维护简单方便；本实用新型原位热伏发电装置包括若干个以串联、并联或串并联方式连接的原位热伏发电单元，所述原位热伏发电单元包括由外至内依次排布的外层加固管、外层绝缘导热管、热伏发电管、内层绝缘导热管以及内层加固管，所述内层加固管内部为地下高温液体通道，所述热伏发电管包括与所述内层绝缘导热管直接接触的圆柱筒状的管状热端导体以及设置在所述管状热端导体外侧的正极热伏材料和负极热伏材料；当将所述原位热伏发电装置放置于低温环境中，并将高温流体溶入所述高温流体通道，所述原位热伏发电装置可将地下高温流体的热能转换为电能，从而收集浪费的地热能，为社会提供更多的能源，并且其能量转化效率较高。

应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种原位热伏发电装置，其特征在于，包括若干个以串联、并联或串并联方式连接的原位热伏发电机单元(100)，所述原位热伏发电机单元(100)包括由外至内依次排布的外层加固管(110)、外层绝缘导热管(120)、热伏发电管(130)、内层绝缘导热管(140)以及内层加固管(150)，所述内层加固管(150)内部为高温流体通道，所述热伏发电管包括与所述内层绝缘导热管(140)直接接触的管状热端导体(131)以及设置在所述管状热端导体(131)外侧的正极热伏材料(160)和负极热伏材料(170)，所述热伏发电管(130)为板式结构热伏发电管、轴向并联结构热伏发电管或轴向串联结构热伏发电管中的一种；所述外层加固管(110)、内层加固管(150)由导热且抗压、抗拉能力的材料制作；所述外层绝缘导热管(120)、内层绝缘导热管(140)由绝缘且导热的材料制作；热端导体(131)由导电的材料制作；当所述原位热伏发电机单元放置于低温环境中，并有高温流体通入高温流体通道时，所述原位热伏发电装置将输出电能。

2.根据权利要求1所述的原位热伏发电装置，其特征在于，所述原位热伏发电机单元(100)还包括与所述外层加固管(110)两端固定连接的主体盖板(180)，所述主体盖板(180)与所述外层加固管(110)之间设置有密封圈(190)，所述主体盖板(180)的外径与外层加固管(110)的外径相同，所述主体盖板(180)的内径大于内层加固管(150)的外径，所述主体盖板(180)上设置有正极导线引出孔(181)和负极导线引出孔(182)；所述主体盖板(180)上设置有安装孔，通过安装孔将主体盖板(180)安装在外层加固管(110)上，并保证外层绝缘导热管(120)、热伏发电管(130)、内层绝缘导热管(140) 密封。

3.根据权利要求2所述的原位热伏发电装置，其特征在于，当所述热伏发电管(130)为板式结构热伏发电管时，所述热伏发电管(130)还包括从所述正极导线引出孔(181)引出的正极输出端子(132)，从所述负极导线引出孔(182)引出的负极输出端子(133)，与所述正极输出端子(132)短路连接的板式正极(134)，与所述负极输出端子(133)短路连接的板式负极(135)；所述正极热伏材料(160)的内侧均匀焊接在所述管状热端导体(131)的外侧弧形面板上，所述正极热伏材料(160)的外侧则焊接在所述板式正极(134)内侧弧形面板上；所述负极热伏材料(170)的内侧均匀焊接在管状热端导体(131)的外侧另一弧形面板上，所述负极热伏材料(170)的外侧则焊接在板式负极(135)的内侧弧形面板上，所述板式正极(134)与板式负极(135)之间绝缘设置；所述板式正极(134)与板式负极(135)均为导电的材料。

4.根据权利要求2所述的原位热伏发电装置，其特征在于，当所述热伏发电管(130)为轴向并联结构热伏发电管时，所述热伏发电管(130)还包括从所述正极导线引出孔(181)引出的正极输出端子(132)，从所述负极导线引出孔(182)引出的负极输出端子(133)，与所述正极输出端子(132)短路连接的轴向并联正极(136)，与所述负极输出端子(133)短路连接的轴向并联负极(137)；在垂直于管状热端导体(131)轴向方向的截面上，所述正极热伏材料(160)与负极热伏材料(170)的内侧依次交错均匀地焊接在所述管状热端导体(131)的外侧圆形面板上，其中，一个正极热伏材料(160)的外侧焊接在所述轴向并联正极(136)内侧，剩余正极热伏材料(160)的外侧均焊接在轴向并联短路导体(300)内侧，其中，一个负极热伏材料(170)的外侧焊接在所述轴向并联负极(137)内侧，剩余负极热伏材料(170)的外侧均焊接在轴向并联短路导体(300)内侧；轴向并联正极(136)与轴向并联负极(137)相邻；在垂直于管状热端导体(131)轴向方向的截面上，从轴向并联正极(136)顺时针方向相邻的负极热伏材料(170)开始，互为相邻的负极热伏材料(170)和正极热伏材料(160)的外侧焊接在同一个轴向并联短路导体(300)的内侧弧形面板上；相邻轴向并联短路导体(300)之间绝缘设置，所述轴向并联正极(136)、轴向并联负极(137)以及轴向并联短路导体(300)三者之间均绝缘设置；所述轴向并联正极(136)、轴向并联负极(137)以及轴向并联短路导体(300)均为导电的材料；所有平行于热伏发电管(130)轴向的热伏材料具有相同的属性，要么都为正极热伏材料(160)，要么都为负极热伏材料(170)；所有平行于热伏发电管(130)轴向的导体具有相同的类型，要么都为轴向并联正极(136)，要么都为轴向并联负极(137)，要么都为轴向并联短路导体(300)。

5.根据权利要求2所述的原位热伏发电装置，其特征在于，当所述热伏发电管(130)为轴向串联结构热伏发电管时，所述热伏发电管(130)还包括从所述正极导线引出孔(181)引出的正极输出端子(132)，从所述负极导线引出孔(182)引出的负极输出端子(133)，与所述正极输出端子(132)短路连接的轴向串联正极(138)，与所述负极输出端子(133)短路连接的轴向串联负极(139)；在垂直于管状热端导体(131)轴向的方向上，所述正极热伏材料(160)和负极热伏材料(170)各自均呈圆环状排列，在沿管状热端导体(131)的轴向方向上，所述呈圆环状排列的正极热伏材料(160)和负极热伏材料(170)内侧依次交替焊接在在所述管状热端导体(131)的外侧圆形面板上，交替焊接的圆环状排列的正极热伏材料(160)和负极热伏材料(170)圈数相等，最外一圈正极热伏材料的外侧与轴向串联正极(138)内侧焊接，最外一圈负极热伏材料的外侧与轴向串联负极(139)内侧焊接，中间相邻圈状排列的正极热伏材料和圈状排列的负极热伏材料外侧，圈状成对与同一个轴向串联短路导体(400)内侧焊接；在沿管状热端导体轴向的方向上，一个轴向串联短路导体(400)内侧与相邻的一圈负极热伏材料(170)和一圈正极热伏材料(160)外侧焊接在一起；相邻轴向串联短路导体(400)之间绝缘设置，所述轴向串联正极(138)、轴向串联负极(139)以及轴向串联短路导体(400)三者之间均绝缘设置；所述轴向串联正极(138)、轴向串联负极(139)以及轴向串联短路导体(400)均为导电的材料。

6.根据权利要求1所述的原位热伏发电装置，其特征在于，所述原位热伏发电机单元(100)还包括与所述内层加固管(150)两端分别固定连接的主体对接接口(200)，所述内层加固管(150)的长度大于外层加固管(110)的长度。

7.根据权利要求1所述的原位热伏发电装置，其特征在于，所述外层加固管(110)、外层绝缘导热管(120)、热伏发电管(130)、内层绝缘导热管(140)以及内层加固管(150)均为圆柱筒状结构，相邻交界面紧密相贴；所述外层加固管(110)、外层绝缘导热管(120)、热伏发电管(130)、内层绝缘导热管(140)长度相等。

8.根据权利要求7所述的原位热伏发电装置，其特征在于，所述外层加固管(110)以及内层加固管(150)均由不锈钢材料制备而成；所述外层绝缘导热管(120)和内层绝缘导热管(140)均由导热硅胶制备而成。

9.根据权利要求1-8任一所述的原位热伏发电装置，其特征在于，所述正极热伏材料(160)为具有塞贝克效应的P型半导体材料，所述负极热伏材料(170)为具有塞贝克效应的N型半导体材料。