CN219535914U - 一种基于地层温差的路面发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于地层温差的路面发电系统，包括：上下间隔设置的热能收集装置，分别嵌入地表层和地底层；上下间隔设置的热电传导结构，分别设于上方的所述热能收集装置的底部和下方的所述热能收集装置的顶部；一组或多组P型半导体和N型半导体，所述P型半导体和所述N型半导体的上端均与上方的所述热电传导结构相连，下端均与下方的所述热电传导结构相连。本实用新型上下间隔设置的热能收集装置，可感应到地表层和地底层的温差，再利用地表层和地底层的温差，给P型半导体和N型半导体提供温差源，从而实现温差发电；且夏天时，发电的同时还能给地面降温，可以减少路面降温作业，节能环保。

Description

一种基于地层温差的路面发电系统

技术领域

本实用新型涉及发电系统技术领域，特别地，涉及一种基于地层温差的路面发电系统。

背景技术

当前，绿色低碳可持续发展成为时代主题，各行各业都在竞相开展节能减排方面新技术、新材料、新工艺和新设备的研究与应用，交通行业也不例外。在低碳环保可持续发展的大趋势下，低碳路面逐渐走进公众视野，一种在设计理念、工艺技术及其使用功能等方面具有更高水平的节能低耗路面得到业内越来越多研究学者的关注。低碳路面技术的推广应用，对于节约能源、保护生态环境和建设低碳城市具有重大意义。

近年来，随着交通运输业的快速发展，我国交通运营里程迅猛增长，同时也带来了巨大的电能消耗和运营成本，如信号灯及路灯照明、LED显示牌及警示标志、监控和通风设施等。交通运营维护耗能居高不下的问题越来越突出。

相关研究表明，路面对太阳能具有良好的集热性能，尤其是沥青路面。夏季，路面吸收太阳能热量温度可达50－60℃，过高温度会对沥青路面产生车辙、粘结等不利影响，传统办法只能通过洒水车洒水实现路面降温，效率低且成本费用较高。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种基于地层温差的路面发电系统，能够利用路面与地底的温差进行发电，节能环保。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种基于地层温差的路面发电系统，包括：上下间隔设置的热能收集装置，分别嵌入地表层和地底层；上下间隔设置的热电传导结构，分别设于上方的所述热能收集装置的底部和下方的所述热能收集装置的顶部；一组或多组P型半导体和N型半导体，所述P型半导体和所述N型半导体的上端均与上方的所述热电传导结构相连，下端均与下方的所述热电传导结构相连；其中同组的所述P型半导体和所述N型半导体的上下两端均通过对应的所述热电传导结构电相连。

进一步地，所述热电传导结构与对应的所述热能收集装置之间通过导热结构相连。

进一步地，所述导热结构上下表面用于与热能收集装置和热电传导结构连接，所述导热结构周壁包裹有保温层

进一步地，所述热能收集装置设有供所述热电传导结构嵌入的嵌槽。

进一步地，所述P型半导体和所述N型半导体的上下两端的端部均嵌入对应的所述嵌槽内。

进一步地，同组的所述P型半导体和所述N型半导体间隔设置，所述热电传导结构具有嵌入所述P型半导体和所述N型半导体之间的隔块。

进一步地，还包括电能存储装置，用于与所述P型半导体和所述N型半导体相连以获得电能。

进一步地，同组的所述P型半导体和所述N型半导体对应的两个所述热电传导结构中的其中一个通过电连接线与所述电能存储装置相连。

进一步地，还包括电能消耗设备，所述电能消耗设备与所述电能存储装置相连。

进一步地，所述电能消耗设备包括信号灯、路灯、监控设备中的至少一种。

本实用新型具有以下有益效果：

上下间隔设置的热能收集装置，可感应到地表层和地底层的温差，再利用地表层和地底层的温差，给P型半导体和N型半导体提供温差源，从而实现温差发电；且夏天时，发电的同时还能给地面降温，可以减少路面降温作业，节能环保；当冬天时，地底层温度比地表层层高，也能实现温差发电，从而实现长时间稳定发电；再利用热电传导结构实现热量的传递以及P型半导体和N型半导体的电连接，实现导热的同时，还能导电，优化结构。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是本实用新型的一种实施例的热能收集装置、热电传导结构、P型半导体和N型半导体的连接结构；

图3是图2的正视图；

图4是本实用新型的另一种实施例的热能收集装置、热电传导结构、P型半导体和N型半导体的剖视图；

图5是图4的A处放大视图。

图例说明：

热能收集装置100、嵌槽110；

地表层200；

热电传导结构300、隔块310、电连接线320；

P型半导体400；

N型半导体500；

导热结构600；

电能存储装置700；

电能消耗设备800。

具体实施方式

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。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

请参考图1和图2，本实用新型提供的一个优选实施例中的一种基于地层温差的路面发电系统，包括热能收集装置100、热电传导结构300、P型半导体400和N型半导体500。

热能收集装置100上下间隔设置，且分别嵌入地表层200和地底层；热电传导结构300上下间隔设置，分别设于上方的热能收集装置100的底部和下方的热能收集装置100的顶部。

地表层200优选沥青路面，沥青路面在太阳能集热的过程中，能提高面层的导热系数，既能在道路内部起到增加蓄热作用，又能在温差存在时达到快速散热的效果，并且可减小沥青路面极限温度的波动，减少由于热梯度变化引起的病害，延长道路的使用寿命。当然还可以在沥青路面上铺设导热系数高和吸收率高的材料，如铺设铺筑深色石料封层、铺设丙烯酸涂料。

P型半导体400和N型半导体500成组设置，设有一组或多组。P型半导体400和N型半导体500的上端均与上方的热电传导结构300相连，下端均与下方的热电传导结构300相连；其中同组的P型半导体400和N型半导体500的上下两端均通过对应的热电传导结构300电相连，即P型半导体400和N型半导体500的上端通过上方的热电传导结构300相连，P型半导体400和N型半导体500的下端通过下方的热电传导结构300相连，且由于热电传导结构300既能导电又能导热，即实现P型半导体400和N型半导体500的电相连的同时，还能传递热量，给P型半导体400和N型半导体500的两端提供温差。利用热电传导结构300实现热量的高效传递以及P型半导体和N型半导体的电连接，实现导热的同时，还能导电，优化结构。可以理解的是，一组P型半导体400和N型半导体500会对应设置两个热电传导结构300和两个热能收集装置100，在一些实施例中，不同组的P型半导体400和N型半导体500可以共用热电传导结构300和热能收集装置100，两个热电传导结构300和两个热能收集装置100可以对应连接多组P型半导体400和N型半导体500。当然在另外一些实施例中，一组P型半导体400和N型半导体500也可独立对应设置两个热电传导结构300和两个热能收集装置100，可根据需要进行设置。根据塞贝克效应，当上下两端存在温度梯度时，半导体冷热两端载流子分布发生变化，由N型半导体和P型半导体组成的回路中由于有温差电动势存在而产生电流；在存在温差的情况下，本装置会一直保持运行，N型半导体和P型半导体的数目，可以根据路面的宽度和长度进行设置。

本实用新型提供的一个优选实施例中的一种基于地层温差的路面发电系统，利用上下间隔设置的热能收集装置100感应到地表层200和地底层的温差，再利用地表层200和地底层的温差，给P型半导体400和N型半导体500提供温差源，从而实现温差发电；且夏天时，发电的同时还能给地面降温，可以减少路面降温作业，节能环保；当冬天时，地底层温度比地表层200层高，也能实现温差发电，从而实现长时间稳定发电。

可以理解的是，为了热能收集装置100受压时不易破裂损坏，热能收集装置可采用延展性较好的金属材料或高密度聚合物材料，如金属铜。

可选地，在本实用新型的一些实施例中，热电传导结构300与对应的热能收集装置100之间通过导热结构600相连，从而提高热传递效率，减少接触间隙。导热结构600的材质可以是高分子复合导热材料，也可以是其他导热系数良好的材料，从而保证导热良好，保证发电效率。

参照图3，在本实用新型的一些实施例中，导热结构600上下表面用于与热能收集装置100和热电传导结构300连接；即上方的导热结构600的上表面与上方的热能收集装置100连接，下表面与热电传导结构300上端面连接；下方的导热结构600的上表面与热电传导结构300的下端面连接，下表面与下方的热能收集装置100连接。为了减少导热结构600的热量流失，导热结构600周壁包裹有保温层，保温层可以阻抗热流传递。导热结构600周壁不与热能收集装置100和热电传导结构300接触，不需要导热，故保温层可以减少周壁处流失热量，提高热量利用率。

参照图4和图5，在本实用新型的另一些实施例中，热能收集装置100设有供热电传导结构300嵌入的嵌槽110，嵌槽110能实现对热电传导结构300的限位定位，提高安装精度，也方便安装。可以理解的是，导热结构600夹设在嵌槽110槽壁与热电传导结构300之间，以实现高效热传递，且此时。导热结构600完全嵌入嵌槽110，不需要保温层。

可选地，在本实用新型的进一步实施例中，P型半导体400和N型半导体500的上下两端的端部均嵌入对应的嵌槽110内，即P型半导体400和N型半导体500的上端嵌入上方对应的热能收集装置100的嵌槽110内，P型半导体400和N型半导体500的下端嵌入下方对应的热能收集装置100的嵌槽110内。嵌槽110实现P型半导体400、N型半导体500与热能收集装置100的对位安装，实现安装限位，提高安装精度。

可选地，在本实用新型的一些实施例中，热电传导结构300为金属片，金属采用导热系数高和导电良好的材料，如铜。

参照图4，可选地，在本实用新型的一些实施例中，同组的P型半导体400和N型半导体500间隔设置，热电传导结构300具有嵌入P型半导体400和N型半导体500之间的隔块310，从而对P型半导体400和N型半导体500的横向位置进行定位。优选的，P型半导体400一侧与嵌槽110槽壁相贴，另一侧与隔块310相贴，从而实现P型半导体400的横向位置的定位，同理，N型半导体500一侧与嵌槽110槽壁相贴，另一侧与隔块310相贴，从而实现N型半导体500的横向位置的定位。

参照图1，可选地，在本实用新型的一些实施例中，还包括电能存储装置700，用于与P型半导体400和N型半导体500相连以获得电能，电能存储装置700为蓄电池，用于存储电能。

具体的，电能储存装置700包括蓄电池组、并网逆变器和市电智能切换器。其中，蓄电池组用于储存多余的发电量，可在电能转换不足时再释放出来；并网逆变器用于实现电压升压和直流电转交流电功能，为相关耗能设备提供交流用电；市电智能切换器用于应对特殊情况，在发电量和蓄电池储存电能无法满足设备用电时，自动切换到市电输出，与市电互补，使道路的电力系统更加稳定；电能储存装置可结合变配电设备共同设置在人行道侧，便于管理和维护。

可选地，在本实用新型的一些实施例中，同组的P型半导体400和N型半导体500对应的两个热电传导结构300中的其中一个通过电连接线320与电能存储装置700相连，从而将电能引导至电能存储装置700。

可选地，在本实用新型的一些实施例中，还包括电能消耗设备800，电能消耗设备与电能存储装置700相连，从而将电能给电能消耗设备800使用。当然电能存储装置700也可以并入电路网络，当电能过多时，可将多余的电能并入输电网络，提高能源利用率，同时当发电效率较低不足以满足电能消耗设备800消耗时，也可以反过来给电能存储装置700充电或给电能消耗设备800供电。

可选地，在本实用新型的一些实施例中，电能消耗设备800包括信号灯、路灯、监控设备中的至少一种，可为道路提供照明、信号或监控设备提供电能，从而使道路的电子设备能获得稳定电能，持续工作。

本实用新型可以有效减少交通运输系统中耗能设备对市电的用能需求，有助于解决交通设施电能消耗大和运营成本高的问题，对于推动节能低碳路面发展具有重要意义。本系统可实现热－电直接转换，能量转化效率高；能够做到全天候发电，克服了传统装置仅在高温季节才可发电的缺点；装置中的静态固体器件可与传统沥青路面结构简单有效嵌合，各单元模块体积小、寿命长、工作时无噪声，且无须维护；具有高发电效率、可自动并网及高度集成等一系列优点，用于沥青路面具有普遍的适用性。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于地层温差的路面发电系统，其特征在于，包括：

上下间隔设置的热能收集装置(100)，分别嵌入地表层(200)和地底层；

上下间隔设置的热电传导结构(300)，分别设于上方的所述热能收集装置(100)的底部和下方的所述热能收集装置(100)的顶部；

一组或多组P型半导体(400)和N型半导体(500)，所述P型半导体(400)和所述N型半导体(500)的上端均与上方的所述热电传导结构(300)相连，下端均与下方的所述热电传导结构(300)相连；

其中同组的所述P型半导体(400)和所述N型半导体(500)的上下两端均通过对应的所述热电传导结构(300)电相连。

2.根据权利要求1所述的基于地层温差的路面发电系统，其特征在于，所述热电传导结构(300)与对应的所述热能收集装置(100)之间通过导热结构(600)相连。

3.根据权利要求2所述的基于地层温差的路面发电系统，其特征在于，所述导热结构(600)上下表面用于与热能收集装置(100)和热电传导结构(300)连接，所述导热结构(600)周壁包裹有保温层。

4.根据权利要求1或2所述的基于地层温差的路面发电系统，其特征在于，所述热能收集装置(100)设有供所述热电传导结构(300)嵌入的嵌槽(110)。

5.根据权利要求4所述的基于地层温差的路面发电系统，其特征在于，所述P型半导体(400)和所述N型半导体(500)的上下两端的端部均嵌入对应的所述嵌槽(110)内。

6.根据权利要求1或5所述的基于地层温差的路面发电系统，其特征在于，同组的所述P型半导体(400)和所述N型半导体(500)间隔设置，所述热电传导结构(300)具有嵌入所述P型半导体(400)和所述N型半导体(500)之间的隔块(310)。

7.根据权利要求1所述的基于地层温差的路面发电系统，其特征在于，还包括电能存储装置(700)，用于与所述P型半导体(400)和所述N型半导体(500)相连以获得电能。

8.根据权利要求7所述的基于地层温差的路面发电系统，其特征在于，同组的所述P型半导体(400)和所述N型半导体(500)对应的两个所述热电传导结构(300)中的其中一个通过电连接线(320)与所述电能存储装置(700)相连。

9.根据权利要求7所述的基于地层温差的路面发电系统，其特征在于，还包括电能消耗设备(800)，所述电能消耗设备与所述电能存储装置(700)相连。

10.根据权利要求9所述的基于地层温差的路面发电系统，其特征在于，所述电能消耗设备(800)包括信号灯、路灯、监控设备中的至少一种。