CN220475626U - 一种温差发电单元以及地热热伏发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及地热温差发电技术领域，尤其涉及一种温差发电单元以及地热热伏发电装置。温差发电单元，其包括：换热器组，换热器组包括至少2个间隔相对设置的换热器，相邻的两个换热器之间间隔设置有多个对外供电的热电模块；相邻的两个换热器分别为热换热器和冷换热器，热换热器的两端设有用于与热水供应系统连接的热水输入接口和热水输出接口；冷换热器的两端设有用于与冷水供应系统连接的冷水输入接口和冷水输出接口；热换热器内的热水流向与冷水换热器内的冷水流向相反。本实用新型通过在换热器组的冷换热器、热换热器之间设置热电模块从而形成热伏发电模块，该热伏发电模块具有可扩展性，可以根据需要设置多个增加发电功率，使用方便。

Description

一种温差发电单元以及地热热伏发电装置

技术领域

本实用新型涉及地热温差发电技术领域，尤其涉及一种温差发电单元以及地热热伏发电装置。

背景技术

随着社会的发展，人们对能源的需求越来越大；而能源的使用也逐渐转向绿色化、低碳化；目前国家大力推行风电、光电、水电等绿色能源开发；随着技术的发展，基于塞贝克效应的热伏温差发电技术得到突破性发展，可以实现由热到电的直接能源转换；但目前我国的地热热伏发电机普遍发电规模小，难以规模化进行组装，不宜推广。

发明内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种温差发电单元，该温差发电单元可以进行规模化组装，有效提高发电机组总装量，方便推广。

本实用新型的另一目的，在于提供一种地热热伏发电装置，该地热热伏发电机具有上述的地热热伏发电单元，能实现模块化组装，提高发电规模，使用方便。

一种温差发电单元，其包括：

换热器组，换热器组包括至少2个间隔相对设置的换热器，相邻的两个换热器之间间隔设置有多个对外供电的热电模块；

相邻的两个换热器分别为热换热器和冷换热器，热换热器的两端设有用于与热水供应系统连接的热水输入接口和热水输出接口；冷换热器的两端设有用于与冷水供应系统连接的冷水输入接口和冷水输出接口；热换热器内的热水流向与冷水换热器内的冷水流向相反。

进一步地，所述换热器的数量为2N+1个，相邻的两个冷换热器之间设有一个所述的热换热器；N为自然数。

进一步地，相邻的换热器之间形成用于容置热电模块的容置空间，相邻的两个容置空间分别设置有正热电模块组和副热电模块组，正热电模块组与副热电模块组中的热电模块电极方向相反；

正热电模块组的所有热电模块通过导线串联形成正初级热电模块组， 所有正初级热电模块组并联形成正中级热电模块组；

副热电模块组的所有热电模块通过导线串联形成副初级热电模块组， 所有副初级热电模块组并联形成副中级热电模块组；

正中级热端模块组与副中级热电模块组串联。

进一步地，所述容置空间设有用于固定热电模块的固定支架，所述热电模块固定于固定支架，所述热电模块的两侧分别设有柔性的导热硅胶片。

进一步地，还包括用于固定换热器组的固定夹具，所述固定夹具包括两块夹板，两块夹板之间形成夹持空间，所述夹板设有多个连接孔，通过连接件穿过连接孔将两块夹板连接；连接孔位于热电模块长度方向上中心位置。

进一步地，换热器与热电模块连接的侧面设有两块平行设置的限位凸起，限位凸起之间形成与固定支架相配合的容纳空间。

进一步地，所述夹板的侧面中部设有凸台。

进一步地，换热器包括底壳和端盖，所述底壳的两侧分别设有入口和出口，且入口和出口分别位于底壳的下端和上端；所述底壳的中部设有多条加强肋，加强肋将换热器内部空间分割成多条流水槽。

进一步地，所述底壳的两侧侧板倾斜设置。

一种地热热伏发电装置，包括多个温差发电单元，还包括热水供应系统以及冷水供应系统，冷水供应系统与冷换热器连接，热水供应系统与热换热器连接。

本实用新型的有益效果：本实用新型通过在换热器组的冷换热器、热换热器之间设置热电模块从而形成热伏发电模块，该热伏发电模块具有可扩展性，可以根据需要设置多个增加发电功率，使用方便。

附图说明

图1为本实施例温差发电单元的一种结构示意图。

图2为图1的一种分解示意图。

图3为夹板的一种意图。

图4为换热器的一种分解示意图。

图5为换热器的一种剖视结构示意图。

图6为温差发电单元中热电模块电气连接示意图。

附图标记包括：

1——夹板；2——换热器；3——热电模块；4——固定支架；5——导热硅胶片；6——连接件；12——凸台；13——连接孔；211——端盖；212——底壳；213——限位凸起；22——接口；214——加强肋；215——圆角。

实施方式

以下结合附图对本实用新型进行详细的描述。如图1至图6所示。

参见图1、图2、图3、图4，实施例：一种温差发电单元，其包括：换热器组，所述换热器组包括至少2个间隔相对设置的换热器2，相邻的两个换热器2之间间隔设置有多个对外供电的热电模块3；相邻的两个换热器2分别为热换热器和冷换热器，热换热器的两端设有用于与热水供应系统连接的热水输入接口22和热水输出接口22；冷换热器的两端设有用于与冷水供应系统连接的冷水输入接口22和冷水输出接口22；热换热器内的热水流向与冷水换热器内的冷水流向相反。

本技术方案将温差发电单元小型化、单元化；冷换热器与外界的冷水供应系统连接，使得冷换热器内部有冷水流动，冷换热器处于低温，保持与冷换热器抵接的热电模块3侧面处于较低温度；热换热器与外界的热水供应系统连接，使得热换热器内部有热水流动，热换热器处于高温，保持与热换热器抵接的热电模块3侧面处于较高温度；热电模块3的两侧面形成较高的温度差，并产生较高的电势差，并通过导线对外输出电能；在具体实施时，换热器组中的换热器2可以设置多个，如3、4、5、6、7个等；优选为5个。热水可以采用地热加热的热水，冷水可以采用河水等；通过水泵，将热水、冷水泵入到对应的换热器2内。

进一步地，所述换热器2的数量为2N+1个，相邻的两个冷换热器之间设有一个所述的热换热器；N为自然数。

目前温差发电主要应用地热发电，消耗地热热能；在设计时，需要将地热热能充分利用；因此，热换热器的两侧都将会设置热电模块3，即热换热器的两侧均会设置冷换热器，总体上是N个热换热器，N+1个冷换热器。在具体实施时，N可以为1、2、3、4、5等。

参见图6；相邻的换热器2之间形成用于容置热电模块3的容置空间，相邻的两个容置空间分别设置有正热电模块3组和副热电模块3组，正热电模块3组与副热电模块3组中的热电模块3电极方向相反；

正热电模块3组的所有热电模块3通过导线串联形成正初级热电模块3组， 所有正初级热电模块3组并联形成正中级热电模块3组，

副热电模块3组的所有热电模块3通过导线串联形成副初级热电模块3组， 所有副初级热电模块3组并联形成副中级热电模块3组；

正中级热端模块组与副中级热电模块3组串联。

相邻的两个容置空间中，热电模块3的电势差方向相反，因此热电模块3的电极方向相反，采用先串联后并联再串联的电气连接结构，具有以下优势：首先，由于发电过程消耗热量，会导致沿热水流动方向水温降低，沿冷水流动方向上水温升高。因此，容置空间内排布的热电模块3数量过多，会导致靠近热换热器出口的热电模块3发电效率降低。在设计流量下，容置空间布置少量（如5、6、7个）热电模块3既能满足热水沿流动方向温降不明显，又使发电单元整体长度适合组装与应用，是优选方案。其次，容置空间内的热电模块3采用串联方式，能最大化发挥每个热电模块3的发电功率。这是因为热电模块3在工作时，回路中还存在帕尔贴效应，会导致并联模块之间互相影响，最终趋于发电效率最低的模块。而所有模块串联，又会导致一旦某个模块发生损坏时，发电单元失效的情况。因此，采用了串、并混连的方式，确保了当一个热电模块3失效时，发电单元内最多只有一个容置空间内的热电模块3不能工作，其余发电模块均可正常运行。最大限度的保证了发电单元的可靠性，同时简化了电气连接方式，便于发电单元的装配。

进一步地，所述容置空间设有用于固定热电模块3的固定支架4，所述热电模块3固定于固定支架4，所述热电模块3的两侧分别设有柔性的导热硅胶片5。

为方便固定热电模块3，设置固定支架4，避免热电模块3在工作中由于热胀冷缩而发生位置较大偏移，影响工作；其次，设置柔性的导热硅胶片5，可以使得热电模组和导热硅胶片5紧密贴合，导热硅胶片5与换热器2紧密贴合，减小热阻。

进一步地，还包括用于固定换热器组的固定夹具，所述固定夹具包括两块夹板1，两块夹板1之间形成夹持空间，所述夹板1设有多个连接孔13，通过连接件6穿过连接孔13将两块夹板1连接；连接孔13位于热电模块3长度方向上中心位置。

采用固定夹具将换热器组进行夹持，换热器组位于夹持空间内，避免换热器2错位，影响工作。其次，连接孔13设置在热电模块3长度方向上中心位置，可以使得夹板1对换热器2施加的力度相对较为均匀，避免局部受力较大，影响到换热器2与热电模块3之间的热阻。提高热电模块3的稳定性能。

进一步地，换热器2与热电模块3连接的侧面设有两块平行设置的限位凸起213，限位凸起213之间形成与固定支架4相配合的容纳空间。

换热器2通过设置限位凸起213用于定位固定支架4，可以避免固定支架4晃动。

进一步地，所述夹板1的侧面中部设有凸台12。

当夹板1与换热器2夹持时，凸台12插入两块限位凸起213之间的容纳空间。能与换热器2较好的装配，防止换热器2相对滑动。

参见图4、图5；进一步地，换热器2包括底壳212和端盖211，所述底壳212的两侧分别设有入口和出口，且入口和出口分别位于底壳212的下端和上端；所述底壳212的中部设有多条加强肋214，加强肋214将换热器2内部空间分割成多条流水槽。

底壳212两侧的入口和出口分别与热水输入接口22、热水输出接口22或冷水输入接口22、冷水输出接口22连接。设置加强肋214，使得液体在底壳212中流动时，减小扰流，流体流量在每条流水槽分布均匀。其次，加强肋214还可以对换热器2起到结构加固的效果，换热器2在长度方向的温度是逐渐上升或下降的，换热器2一般是由金属材质，其热胀冷缩的尺度不一，容易造成内部形成较大的内应力，导致底壳212和端盖211产生变形，影响与热电模块3之间的热接触；增加加强肋214后，整体强度提高，可以减少变形或避免变形。

进一步地，所述底壳212的两侧侧板倾斜设置。

使得流水槽两侧的水压差相等或在预定范围内。

优选地，流体转弯处均设计过渡圆角215。

一种地热热伏发电装置，包括多个温差发电单元，还包括热水供应系统以及冷水供应系统，冷水供应系统与冷换热器连接，热水供应系统与热换热器连接。

热水供应系统中的热水可以由地热提供，在具体实施时，在地热中放置热水箱，热水箱通过输出管道连接有热水泵，热水泵通过管道连接有热水供应管，热水供应管与热换热器的热水输入管连接，热水输入管连接有热水回管，热水回管与热水箱连接，从而形成热水循环。冷水可以由河水、湖水等提供。其次，地热热伏发电装置优选在夜间作业，夜间冷水温度较低。

以上内容仅为本实用新型的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种温差发电单元，其特征在于：其包括：

换热器组，换热器组包括至少2个间隔相对设置的换热器，相邻的两个换热器之间间隔设置有多个对外供电的热电模块；

相邻的两个换热器分别为热换热器和冷换热器，热换热器的两端设有用于与热水供应系统连接的热水输入接口和热水输出接口；冷换热器的两端设有用于与冷水供应系统连接的冷水输入接口和冷水输出接口；热换热器内的热水流向与冷水换热器内的冷水流向相反。

2.根据权利要求1所述的一种温差发电单元，其特征在于：所述换热器组包括2N+1个换热器，相邻的两个冷换热器之间设有一个所述的热换热器；N为自然数。

3.根据权利要求1所述的一种温差发电单元，其特征在于：相邻的换热器之间形成用于容置热电模块的容置空间，相邻的两个容置空间分别设置有正热电模块组和副热电模块组，正热电模块组与副热电模块组中的热电模块电极方向相反；

正热电模块组的所有热电模块通过导线串联形成正初级热电模块组， 所有正初级热电模块组并联形成正中级热电模块组；

副热电模块组的所有热电模块通过导线串联形成副初级热电模块组， 所有副初级热电模块组并联形成副中级热电模块组；

正中级热端模块组与副中级热电模块组串联。

4.根据权利要求3所述的一种温差发电单元，其特征在于：所述容置空间设有用于固定热电模块的固定支架，所述热电模块固定于固定支架，所述热电模块的两侧分别设有柔性的导热硅胶片。

5.根据权利要求1所述的一种温差发电单元，其特征在于：还包括用于固定换热器组的固定夹具，所述固定夹具包括两块夹板，两块夹板之间形成夹持空间，所述夹板设有多个连接孔，通过连接件穿过连接孔将两块夹板连接；连接孔位于热电模块长度方向上中心位置。

6.根据权利要求1所述的一种温差发电单元，其特征在于：换热器与热电模块连接的侧面设有两块平行设置的限位凸起，限位凸起之间形成与固定支架相配合的容纳空间。

7.根据权利要求5所述的一种温差发电单元，其特征在于：所述夹板的侧面中部设有凸台。

8.根据权利要求1所述的一种温差发电单元，其特征在于：换热器包括底壳和端盖，所述底壳的两侧分别设有入口和出口，且入口和出口分别位于底壳的下端和上端；所述底壳的中部设有多条加强肋，加强肋将换热器内部空间分割成多条流水槽。

9.根据权利要求8所述的一种温差发电单元，其特征在于：所述底壳的两侧侧板倾斜设置。

10.一种地热热伏发电装置，其特征在于：包括多个权利要求1至9任一所述温差发电单元，还包括热水供应系统以及冷水供应系统，冷水供应系统与冷换热器连接，热水供应系统与热换热器连接。