CN220935036U - 一种面向林业的温差发电装置 - Google Patents

Abstract

一种面向林业的温差发电装置，属于热电转换研究领域，本实用新型为解决现有发电装置无法为林区的无线传感器提供稳定充足电源的问题。本实用新型方案：多根烧结型热管沿周向均布构成热管组件，热管组件的上、下端分别与地上铝套和地下铝套固定连接，铝套的外部粘接有多片用于发电的温差发电片，热管组件的下半部分埋于地下且该部分热管组件设置有螺旋式翅片；PVC散热管为U型空心管结构，PVC散热管埋于地下，且两个竖管的开口端置于地上，与大气相通；PVC散热管的横管中段开孔，地下铝套置于该孔处，地下铝套配套的温差发电片的热量由PVC散热管带至地面；铜棒设置于太阳能集热管内部，铜棒的端部插入地上铝套内部，将太阳能传递至热管组件的上端。

Description

一种面向林业的温差发电装置

技术领域

本实用新型属于热电转换研究领域，具体地涉及一种面向林业的以土壤热能和太阳能为能源的温差发电装置。

背景技术

林区情况的实时监控需要对各类传感器进行供电，由于环境的复杂性和特殊性，就地取材的供电方案成为一种趋势。现有的林区温差发电装置存在诸多问题，易受环境条件影响，对土壤与空气的温度关系要求苛刻，不能保证为林区的无线传感器提供稳定充足的电源。因此，研制出综合发电性能良好的热电收集装置，增强其实用性，对林区供电装置应用于林业实际中有着重要的意义。

实用新型内容

针对现有发电装置无法为林区的无线传感器提供稳定充足电源的问题，本实用新型提供一种面向林业的温差发电装置。

本实用新型所述一种面向林业的温差发电装置，包括PVC散热管1、地下铝套2、螺旋式翅片3、烧结型热管4、地上铝套5、温差发电片6、铜棒7和太阳能集热管8，

多根烧结型热管4沿周向均布构成热管组件，所述热管组件的上、下端分别与地上铝套5和地下铝套2固定连接，地上铝套5和地下铝套2的外部粘接有多片用于发电的温差发电片6，热管组件的下半部分埋于地下且该部分热管组件设置有螺旋式翅片3；

PVC散热管1为U型空心管结构，PVC散热管1埋于地下，且两个竖管的开口端置于地上，与大气相通；PVC散热管1的横管中段开孔，热管组件下端的地下铝套2置于该孔处，地下铝套2配套的温差发电片6的热量由PVC散热管1带至地面；

铜棒7设置于太阳能集热管8内部，铜棒7的端部插入地上铝套5内部，将太阳能传递至热管组件的上端。

优选地，地上铝套5为正多边型扁块结构，地上铝套5的一个侧面设置有两个至铝套中心的横向孔，所述两个横向孔用于铜棒7的插接，地上铝套5的其它侧面各粘接一片温差发电片6，地上铝套5具有多个上下通孔，多根烧结型热管4的上端插入该通孔并密封。

优选地，地下铝套2为至少具有一个平直侧面的扁块结构，且该平直侧面具有延长翼，该平直侧面及其延长翼上并排粘接有多片温差发电片6，地下铝套2具有多个上下通孔，多根烧结型热管4的下端插入该通孔并密封。

优选地，地上铝套5配套的多片温差发电片6和地下铝套2配套的多片温差发电片6串联，温差发电片6的热端与地上铝套5、地下铝套2侧面利用导热硅胶粘接。

优选地，PVC散热管1的横管水平设置，两个竖管倾斜设置，倾斜角度为5-10度。

优选地，PVC散热管1的横管中段开孔，该孔为方形孔，地下铝套2置于该孔处使侧面并列设置的多个温差发电片6的冷端面向PVC散热管1管道空间，所述长形孔四周利用密封胶密封，方形孔所在管道外围利用保温材料裹绕。

优选地，烧结型热管4倾斜设置，倾斜角度为50-60度；烧结型热管4埋于地下部分为1-1.5m。

优选地，螺旋式翅片3中心具有一个通孔，螺旋式翅片3穿过多根烧结型热管4并安装在热管组件下半部分，热管组件上未设置螺旋式翅片3部分设置保温层。

优选地，悬空设置的太阳能集热管8首端设置有密封橡胶圈，铜棒7为U型管，铜棒7的U型两端从密封橡胶圈伸出并插入地上铝套5侧面的两个横向孔中；铜棒7通过中段和尾部的支撑件设置于太阳能集热管8内腔中心位置。

优选地，还包括支架9，支架9的一端支撑在太阳能集热管8首端，支架9的另一端支撑于地面上，支架9中段与太阳能集热管8中段之间通过支撑件连接固定。

本实用新型的有益效果：本实用新型所述面向林业的温差发电装置可以提供稳定充足电源，能源以土壤热能为主，太阳能为补充，拓宽了能源渠道。利用烧结型热管，使装置在土壤温度大于或小于空气温度的环境条件下均可工作，减少了外界环境对装置工作情况影响，从而实现了对不同季节、不同地域的灵活适应。增加了装置的日平均工作时长，提升了装置的发电稳定性。利用太阳能集热管，为温差发电片热端提供更多热量，使温差发电片两端获得更大的温差，提高热电收集效率，增加了装置的发电量。装置结构合理，安装简便，占地面积小，埋于土壤下的部件较少且埋藏深度较浅，对林区生态环境影响小。装置有良好的发电性能和环境适应性，为林区的微型无线传感器提供稳定的电能。

附图说明

图1是本实用新型温差发电装置的总体结构示意图；

图2是烧结型热管与地下铝套、地上铝套、温差发电片的安装示意图；

图3是地上铝套与铜棒、太阳能热管的安装示意图；

图4是太阳能热管与铜棒的截面结构示意图。

图中：1、PVC散热管；2、地下铝套；3、螺旋式翅片；4、烧结型热管；5、地上铝套；6、温差发电片；7、铜棒；8、太阳能集热管；9、支架。

具体实施方式

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，本实用新型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。

具体实施方式一：下面结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述一种面向林业的温差发电装置，包括PVC散热管1、地下铝套2、螺旋式翅片3、烧结型热管4、地上铝套5、温差发电片6、铜棒7和太阳能集热管8，

多根烧结型热管4沿周向均布构成热管组件，所述热管组件的上、下端分别与地上铝套5和地下铝套2固定连接，地上铝套5和地下铝套2的外部粘接有多片用于发电的温差发电片6，热管组件的下半部分埋于地下且该部分热管组件设置有螺旋式翅片3；

PVC散热管1为U型空心管结构，PVC散热管1埋于地下，且两个竖管的开口端置于地上，与大气相通；PVC散热管1的横管中段开孔，热管组件下端的地下铝套2置于该孔处，地下铝套2配套的温差发电片6的热量由PVC散热管1带至地面；

铜棒7设置于太阳能集热管8内部，铜棒7的端部插入地上铝套5内部，将太阳能传递至热管组件的上端。

其中，热管组件的上、下端分别与地上铝套5和地下铝套2，地上铝套5和地下铝套2外设温差发电片6，温差发电片6用于发电，温差发电片6的热端与地上铝套5、地下铝套2侧面利用导热硅胶粘接。地上铝套5配套温差发电片6采集的热量来自于经烧结型热管4传递的地下土壤温度，同时太阳能做为补充能源，地下铝套2配套温差发电片6采集的热量来自于经烧结型热管4传递的地上空气温度，所有温差发电片6串联使用，本实施方式装置拓宽了能源渠道，利用烧结型热管4，使装置在土壤温度大于或小于空气温度的环境条件下均可工作，减少了外界环境对装置工作情况影响，从而实现了对不同季节、不同地域的灵活适应。

地上铝套5为正多边型扁块结构，地上铝套5的一个侧面设置有两个至铝套中心的横向孔，所述两个横向孔用于铜棒7的插接，地上铝套5的其它侧面各粘接一片温差发电片6，地上铝套5具有多个上下通孔，多根烧结型热管4的上端插入该通孔并密封。

地下铝套2为至少具有一个平直侧面的扁块结构，且该平直侧面具有延长翼，该平直侧面及其延长翼上并排粘接有多片温差发电片6，地下铝套2具有多个上下通孔，多根烧结型热管4的下端插入该通孔并密封。

PVC散热管1为U型空心管结构，其中，PVC散热管1的横管水平设置，两个竖管倾斜设置，倾斜角度为5-10度。

PVC散热管1的横管中段开孔，该孔为方形孔，地下铝套2置于该孔处使侧面并列设置的多个温差发电片6的冷端面向PVC散热管1管道空间，所述长形孔四周利用密封胶密封，方形孔所在管道外围利用保温材料裹绕，实现固定和保温。下面的温差发电片6工作所产生的热量被PVC散热管1内的空气带走，散热良好。

具体实施方式二：本实施方式对实施方式一作进一步说明，烧结型热管4倾斜设置，倾斜角度为50-60度；烧结型热管4埋于地下部分为1-1.5m。埋于地下的部分是为了利用土壤温度形成的能源。相对于地上部分，埋于地下的尺寸大。倾斜角度设置是为了更好的利用烧结型热管4的导热性能。

具体实施方式三：本实施方式对实施方式一作进一步说明，螺旋式翅片3中心具有一个通孔，螺旋式翅片3穿过多根烧结型热管4并安装在热管组件下半部分，地下部分设置有螺旋式翅片3，其作用是为了更好的蓄热。

热管组件上未设置螺旋式翅片3部分设置保温层，这样设置是为了减少热管传递过程的热量损耗。

具体实施方式四：下面结合图3和图4说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，悬空设置的太阳能集热管8首端设置有密封橡胶圈，铜棒7为U型管，铜棒7的U型两端从密封橡胶圈伸出并插入地上铝套5侧面的两个横向孔中；铜棒7通过中段和尾部的支撑件设置于太阳能集热管8内腔中心位置。

密封橡胶圈有两孔供铜棒7通过。

铜棒7通过中段和尾部的支撑件材料导热且耐高温，保证铜棒能较好地吸收太阳能集热管的热量。

具体实施方式五：本实施方式对实施方式一作进一步说明，还包括支架9，支架9的一端支撑在太阳能集热管8首端，支架9的另一端支撑于地面上，支架9中段与太阳能集热管8中段之间通过支撑件连接固定。

太阳能集热管8首端靠近烧结型热管4，尾端悬空，首端和中段被支撑。

具体实施方式六：本实施方式结合具体实施例进行说明，一种面向林区的温差发电装置，包括PVC散热管1，地下铝套2，螺旋式翅片3，烧结型热管4，地上铝套5，温差发电片6，铜棒7，太阳能集热管8，支架9。

如图1所示，所述PVC散热管1埋于土壤大约1m深处，底部横向部分平放于地下，中间开有长方形孔与地下铝套2相接，孔四周用密封胶封住，同时用保温材料裹绕。所述烧结型热管4共有五根，与地面成60°倾斜放置，上端穿过地上铝套5，下端穿过地下铝套2。所述螺旋式翅片3穿过五根烧结型热管4，并安装在烧结型热管4的下部分。所述地下铝套2四个侧面粘接有温差发电片，中间开有五个通孔。所述地上铝套5形状为正五角柱，侧面均为正方形，中间开有五个通孔贯穿上下端面，以正五边形位置排布，地上铝套5的第五个侧面的中间开有两孔，通向铝套的中心。所述温差发电片6共8个，地下铝套2和地上铝套5各装有4个，所述温差发电片两端面分为热端和冷端，所有热端与铝套粘接。所述铜棒7弯曲成两臂长，弯曲部分短小的“U”型，两端插入地上铝套5第五个侧面上的两孔，其余部分伸入太阳能集热管8内腔中，太阳能集热管8由支架9支撑而不与地面接触。

其中，PVC散热管1，地下铝套2，螺旋式翅片3，烧结型热管4的大部分埋于土壤下，上端与地上铝套5连接部分露出地表，埋藏深度约为1m，PVC散热管1两侧管道略倾斜埋放，开口露出地表，使管道内有空气流通，为地下温差发电片6的冷端散热。烧结型热管4倾斜埋放，与地面呈60°该角度下热管的导热性能最好。五根烧结型热管4安装有地下铝套2、螺旋式翅片3和地上铝套5，地下铝套2与PVC散热管1的长形孔(40*160mm)拼接，胶带密封，保温石棉带缠绕固定。温差发电片6的热端与地下铝套2和地上铝套5之间用导热硅胶粘接。烧结型热管4上下两端与铝套连接处有保温材料密封，减少热管与外界的直接热量交换。土壤温度低于空气温度时(春夏季和秋冬季白天)，地上铝套5吸热传递给烧结型热管4上端，由于温差存在，热量沿管向下传递。此时烧结型热管4上段作为蒸发段吸热，下段作为冷凝段放热，热量传递给地下铝套2，最后传递到地下铝套2粘接的4个温差发电片6的热端。土壤温度高于空气温度时(秋冬季夜间)，螺旋式翅片3和地下铝套2吸收土壤热能并传递给烧结型热管4下端，由于温差存在，热量沿管向上传递。此时下段作为蒸发段吸热，上段作为冷凝段放热，热量传递给地上铝套5，最后传递到地上铝套5粘接的4个温差发电片6的热端。

8个温差发电片通过串联的方式连接，以得到更高的电压。

如图1和图3所示，弯曲成“U”型的铜棒7两端穿过地上铝套5一侧面的两孔，直至地上铝套5的中心位置，其余部分伸入太阳能集热管8内腔中。太阳能集热管8吸收太阳能转换为热能，经热辐射传递给铜棒7，再传递到地上铝套5提升与其粘接的温差发电片6的热端温度，此时，晴朗白天里的空气温度通常大于1m深处的土壤温度，所以烧结型热管4向下传热，所以由太阳能集热管8收集的热能恰好也能传递给与地下铝套2粘接的温差发电片6的热端。由此，太阳能集热管8可同时为8个温差发电片提供热量。太阳能集热管8开口处有橡胶圈密封，减少与外界空气的热量交换。太阳能集热管8安装在支架9上，支架9的尖端插于土壤中，从而固定位置，前支撑结构与后支撑型结构分别支撑太阳能集热管8的前端和中后部位，从而使太阳能集热管8不与地面接触，减少热量损失。

如图2所示，每根烧结型热管4的上部和中部单独缠绕保温石棉带，下部安装有螺旋式翅片3。五根烧结型热管4两端共同穿过有地下铝套2和地上铝套5的五个正五边形布置的通孔，上下两端面用保温材料密封，五根烧结型热管4作为一个整体(热管组件)，在上部和中部再缠绕一层保温石棉带，保证保温效果的同时，使整个热管组件更加紧凑稳固。地上铝套5的侧面五边形与温差发电片6端面的尺寸相同(40*40mm)，通过导热硅胶紧密粘接，保证热量传递充分。

如图4所示，铜棒7由两个支撑件支撑而不与太阳能集热管8内管管壁直接接触，处于太阳能管内部空间的中心位置，使热量主要通过热辐射的方式被铜棒7充分吸收。铜棒7伸入太阳能集热管8距离较长(1.5m)，进一步保证了传热效率。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本实用新型，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本实用新型的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本实用新型的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其它所述实施例中。

Claims (10)

1.一种面向林业的温差发电装置，其特征在于，包括PVC散热管(1)、地下铝套(2)、螺旋式翅片(3)、烧结型热管(4)、地上铝套(5)、温差发电片(6)、铜棒(7)和太阳能集热管(8)，

多根烧结型热管(4)沿周向均布构成热管组件，所述热管组件的上、下端分别与地上铝套(5)和地下铝套(2)固定连接，地上铝套(5)和地下铝套(2)的外部粘接有多片用于发电的温差发电片(6)，热管组件的下半部分埋于地下且该部分热管组件设置有螺旋式翅片(3)；

PVC散热管(1)为U型空心管结构，PVC散热管(1)埋于地下，且两个竖管的开口端置于地上，与大气相通；PVC散热管(1)的横管中段开孔，热管组件下端的地下铝套(2)置于该孔处，地下铝套(2)配套的温差发电片(6)的热量由PVC散热管(1)带至地面；

铜棒(7)设置于太阳能集热管(8)内部，铜棒(7)的端部插入地上铝套(5)内部，将太阳能传递至热管组件的上端。

2.根据权利要求1所述一种面向林业的温差发电装置，其特征在于，地上铝套(5)为正多边型扁块结构，地上铝套(5)的一个侧面设置有两个至铝套中心的横向孔，所述两个横向孔用于铜棒(7)的插接，地上铝套(5)的其它侧面各粘接一片温差发电片(6)，地上铝套(5)具有多个上下通孔，多根烧结型热管(4)的上端插入该通孔并密封。

3.根据权利要求2所述一种面向林业的温差发电装置，其特征在于，地下铝套(2)为至少具有一个平直侧面的扁块结构，且该平直侧面具有延长翼，该平直侧面及其延长翼上并排粘接有多片温差发电片(6)，地下铝套(2)具有多个上下通孔，多根烧结型热管(4)的下端插入该通孔并密封。

4.根据权利要求3所述一种面向林业的温差发电装置，其特征在于，地上铝套(5)配套的多片温差发电片(6)和地下铝套(2)配套的多片温差发电片(6)串联，温差发电片(6)的热端与地上铝套(5)、地下铝套(2)侧面利用导热硅胶粘接。

5.根据权利要求1所述一种面向林业的温差发电装置，其特征在于，PVC散热管(1)的横管水平设置，两个竖管倾斜设置，倾斜角度为5-10度。

6.根据权利要求1所述一种面向林业的温差发电装置，其特征在于，PVC散热管(1)的横管中段开孔，该孔为方形孔，地下铝套(2)置于该孔处使侧面并列设置的多个温差发电片(6)的冷端面向PVC散热管(1)管道空间，所述方形孔四周利用密封胶密封，方形孔所在管道外围利用保温材料裹绕。

7.根据权利要求1所述一种面向林业的温差发电装置，其特征在于，烧结型热管(4)倾斜设置，倾斜角度为50-60度；烧结型热管(4)埋于地下部分为1-1.5m。

8.根据权利要求7所述一种面向林业的温差发电装置，其特征在于，螺旋式翅片(3)中心有一个通孔，螺旋式翅片(3)穿过多根烧结型热管(4)并安装在热管组件下半部分，热管组件上未设置螺旋式翅片(3)部分设置保温层。

9.根据权利要求1所述一种面向林业的温差发电装置，其特征在于，悬空设置的太阳能集热管(8)首端设置有密封橡胶圈，铜棒(7)为U型管，铜棒(7)的U型两端从密封橡胶圈伸出并插入地上铝套(5)侧面的两个横向孔中；铜棒(7)通过中段和尾部的支撑件设置于太阳能集热管(8)内腔中心位置。

10.根据权利要求1所述一种面向林业的温差发电装置，其特征在于，还包括支架(9)，支架(9)的一端支撑在太阳能集热管(8)首端，支架(9)的另一端支撑于地面上，支架(9)中段与太阳能集热管(8)中段之间通过支撑件连接固定。