CN103151967B - 一种冷能温差发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种冷能温差发电装置，温差发电装置采用小温差的温差电偶组合，使温差电偶的负荷轻、效率高，使用寿命大为延长，且无需采用传统温差发电器中的空气散热器或循环冷却水***，流程设置更加简洁，结合回冷循环技术高效回收液化气体的冷能用于发电，冷量的有效能即冷量涟利用率可达35%以上，设备的维修工作量较传统的温差发电器有较大程度的降低，经济、社会、环保效益十分显著，是对传统冷能回收技术的突破。

Description

一种冷能温差发电装置
技术领域
本发明涉及一种冷能温差发电装置，具体属低温冷能回收技术领域。
背景技术
气体产品作为现代工业重要的基础原料，应用范围十分广泛，在冶金、钢铁、石油、化工、机械、电子、玻璃、陶瓷、建材、建筑、食品加工、医药医疗等部门，均使用大量。因为气体产品的应用覆盖面大，一般将气体的生产和供应与供电、供水一样，作为工业投资环境的基础设施，被视为国民经济“命脉”而列为公用事业行业。
为了便于大量的储存和输运，通常将气体进行液化，变成液化气体以提高运输和储存的效率。使用时，再将液化气体如LNG、液氮、液氧、液体二氧化碳、液氨等转化为常温气体，这个过程中大量的可用冷能释放出来，目前这部分冷能的大部分没有得到有效的利用，浪费了大量的宝贵资源。以LNG为例：目前世界上的LNG冷能利用项目大都是单一用户，极少有多用户集成的项目，迄今仅有约20%LNG的冷能被利用；冷能利用量仅占LNG冷能总量的8%左右。在现在的利用技术中，除空分利用的温位在-145～-75℃外，其他用户用冷温位大都与LNG气化的冷能温度分布不匹配，即“高质低用”，过程可用能损失大。
目前对LNG所具有的冷能加以利用的方法主要有：直接利用(冷能发电、空气分离、冷冻等)和间接利用(低温粉碎、废水和污染物处理等)。应用较多的是利用LNG冷能发电，相关技术也较为成熟。其优势主要有4个方面：一是有利于优化和调整电源结构；二是有利于缓解环境保护的压力；三是可提高发电的能源利用效率；四是可减轻电网输电和电网建设的压力。但目前的冷能发电其实质只是冷能的低品位利用。
预计到本世纪中叶,若以中国消耗天然气5000*108m³/a，其中进口LNG1000*108m³/a计（相当于日本目前的进口量），可用冷能折合电能为257*108kWh/a，相当于一个600*104kW电站的年发电量。因此如何使LNG冷能利用实现技术、管理机制、市场运作等各方面的突破，力争使LNG冷能的利用率达到70%以上，有效能利用率争取达到40%，居于世界前列，在取得巨大的节能和经济效益同时，推动包括空分、煤富氧气化在内的大型冷能产业链的快速发展，以期为我国全面实现循环型经济和节约型经济做出贡献，值得深入思考。同时，中国经济的快速发展和模式转型决定了大规模利用LNG冷能的绝对必要性，并提供了宏大的冷能用户市场。大型LNG接收站的冷能，首先要瞄准大空分、煤气化、轻烃分离等大规模市场。传统的冷能产业也需要在循环经济模式下，集成利用。应当指出，除了大型LNG接收站以外，中国还将有几百个小型罐箱运输的LNG卫星气化站，以及遍布全国的高压天然气管网分输到各个终端用户的中低压管网时利用压力差的能量，通过膨胀机或气波制冷获得的冷能。这些都是宝贵的能源和财富，冷能总量不小于大型LNG接收站，应当统筹规划、充分利用。
LNG冷能迄今没有实现大规模综合利用，在技术上的症结主要是LNG气化操作和下游用户对冷能的利用在时间和空间上的不同步。时间不同步是由于接收站负荷必须根据下游需求而变化，主要有季节性和昼夜性两类波动；而冷能用户对冷能负荷的需求随生产过程、市场需求而变化。两者的规律完全不同，基本上是不同步的。空间不同步是由于接收站只需考虑码头、LNG储罐、气化设施等即可，占地面积并不大；可是冷能利用的下游用户，无论是空分、轻烃分离，还是废轮胎低温粉碎、干冰、冷库等，占地面积都较大，即使尽量靠近接收站布置，冷能运输距离也通常会超过1km。这就产生了两个问题：一是安全和负荷调节等因数决定LNG气化操作必须由接收站绝对掌握，不可能分散给远距离、多个冷能用户去进行；二是如此低温冷能长距离运输会造成较大冷损、冷能降质，经济效益降低。如果不能解决这两个问题，大规模LNG冷能的综合、充分利用是不可能的。其他液化气体产品也有跟LNG类似的问题。
1821年,德国科学家塞贝克(Seebeck)第一个发现了温差电现象,即在由两种不同的导体组成的开路中,如果导体的两个结点存在温度差,开路中将产生电动势E0,这就是塞贝克效应。由塞贝克效应所产生的电动势称温差电动势。之所以称为温差电，是因为后来人们认识到指南针的偏转是由于温差使回路产生电流而引起的。
约12年后，法国的帕尔帖（Peltier）发现电流流过两种不同导体的界面时，将从外界得到或放出热量，这就是帕尔帖效应。由帕尔帖效应产生的热流量称帕尔帖热。但他没有意识到他的发现的本质以及与塞贝克效应之间的关系。直到1838年，帕尔帖现象的本质才由楞次给予了正确的解释。
1855年，汤姆逊发现并建立了塞贝克效应与帕尔帖效应的关系，并预言了第三种温差电现象，即汤姆逊效应的存在；后来他又从实验上证明了这种效应。汤姆逊关系的发现对后来的温差电学和热力学发展起了极大的推动作用。
1947年泰克斯研制成功第一台温差发电器，但发电效率仅为1.5%。之后军事、航天领域电源的需要推动了温差发电器的迅速发展。
1949年原苏联的约飞提出了关于半导体温差电的理论，同时在实际应用方面做了许多工作，1953年研制出温差电家用冰箱样机，并与1956年出版了《半导体热电元件与热电制冷》一书，可以认为是温差电转换效应实用化电器产品的开端，此后的发展十分迅速。但与其它半导体器件的发展相比，却是缓慢的。影响温差电转换功率应用的最大制约因数是它们的转换效率太低，难以与传统的功率转换器相比，研究一度进入低潮。然而，1959年齐纳博士预言温差电材料能够实现类似于氟利昂压缩式制冷或涡轮发电机那样的性能，这无疑给温差电器件的产业化注入了强心剂、***。60年代初期，一下子就出现了上百家专业工厂，也大大激发了科学家们为寻求更高优值材料而在基础理论和新材料探索方面的热情。人们对以碲化铋(Bi2Te3)为基础的膺二元、膺三元合金系进行了深入的研究。尽管如此，数十年来材料性能的提高却十分缓慢。相比而言，器件的制备工艺则日趋完善，产品形成标准化、系列化，生产形成规模化。
但是作为一类固体换能器件，它的优点又是无可比拟的，随着应用领域的不断拓展和水平的提高，日趋成熟的各类温差电器件的优点得到更多的重视，在众多的领域中得到应用。这些特点包括无运动部件、无噪声、容易微型化、易于控制、可靠性高、寿命长等，可靠性高是其主要优点，通常设计中无需采用其他形式的传热工质，因此就避免了诸如振动、压力、密封***等许多设备制造中常碰到的问题。在许多不是以能量转换效率为主要考虑因数的应用场合，温差电具有不可取代的优点。在保护环境呼声日高的今天，温差电转换器件又因其不污染环境、可利用废热和可再生能源的潜力而进一步得到重视。上世纪末，蓬勃发展的超导转变温度在液氮温度以上的高温超导材料及其应用堪称为最重大的科技成果，为适应这一未来应用前景十分广阔的对低温条件的需求，温差电制冷也把获得这样的低温作为一项重要内容。这一努力包括进一步选择可能的材料。
令人遗憾的是齐纳的预言至今未能实现。而且到目前为止，还难以确定能否实现，也就是说，单纯从能量转换效率的角度来看，温差电还不能与传统的模式相比拟。
之所以未能取得重大突破，其根本原因是没有正确的制冷理论指导、未意识到温差电转换装置真正适宜的高效率的应用领域是低于环境温度的低温领域，即冷能的冷电转换领域，且未能找到冷能发电的高效模式。如能有效解决上述问题，温差电材料完全能够实现类似于氟利昂压缩式制冷或涡轮发电机那样的性能，实现齐纳博士的预言，本发明即是对上述问题的理论和实践的探索。
传统制冷理论的主要基础是热力学，即采用同温差的卡诺逆循环分析制冷循环过程，制冷循环的经济性指标是制冷系数，就是得到的收益和耗费的代价之比值，并且以大气环境温度 与温度为低温热源（如冷库）之间的一切制冷循环，以逆向卡诺循环的制冷系数为最高：
（1）
上式中的为制冷系数，q2为循环的制冷量，w0为循环所消耗的净功。
实际上，卡诺在“关于热动力的见解”的论文中，得出的结论为：“在两个不同温度的恒温热源之间工作的所有热机，以可逆热机的效率为最高。”即被后人称之为卡诺定理，按理想气体状态方程进行整理得出的卡诺循环的热效率为：
（2）
公式（2）中的高温热源的温度与低温热源的温度为均高于大气环境温度，并可以得出以下几点重要结论：
1）卡诺循环的热效率只决定于高温热源和低温热源的温度，也就是工质吸热和放热时的温度，提高和，可以提高热效率。
2）卡诺循环的热效率只能小于1，绝不能等于1，因为或=0都不可能实现。这就是说，在循环发动机中即使在理想情况下，也不可能将热能全部转化为机械能，热效率当然更不可能大于1。
3）当时，循环热效率等于0，它表明，在温度平衡的体系中，热能不可能转化为机械能，热能产生动力一定要有温度差作为热力学条件，从而验证了借助单一热源连续做功的机器是制造不出的，或第二类永动机是不存在的。
4）卡诺循环及其热效率公式在热力学的发展上具有重大意义。首先，它奠定了热力学第二定律的理论基础；其次，卡诺循环的研究为提高各种热动力机热效率指出了方向，近可能提高工质的吸热温度和尽可能降低工质的放热温度，使放热在接近可自然得到的最低温度即大气温度时进行。卡诺循环中所提出的利用绝热压缩以提高气体吸热温度的方法，至今在以气体为工质的热动力机中仍普遍采用。
5）卡诺循环的极限点是大气环境温度，对低于环境温度的制冷过程循环，卡诺循环并没有给出明确的答案。
由于制冷系数的不完善性，国内外众多的学者对其进行研究，并提出了完善建议。马一太等在《制冷与热泵产品的能效标准研究和循环热力学完善度的分析》中结合Curzon和Ahlborn把有温差传热这个不可逆过程引入热力循环的分析，以及由此创建的有限时间热力学的启发，结合CA循环效率，提出了CA正循环的热力学完善度，使制冷和热泵产品的能效研究有了一定程度的进展。
但是运用热力学的基本理论并不能对制冷循环做出简洁、明了、直观的解释。爱因斯坦曾对经典热力学做过评价：“一种理论，其前提越简单，所涉及的事物越多，其适应范围愈广泛，它给人们的印象就越深刻。”对制冷领域的理论解释，也应继承和发扬这个优点。
因此，真正找到制冷循环的正确的理论基础，在此理论基础上提出新的温差发电循环装置并能够应用于实际中，有效提高冷电转换效率，解决冷能回收这一世界难题，成为制冷及冷能回收、温差电技术领域研究的难点。
发明内容
本发明的目的就是为解决卡诺定理应用于制冷及冷能回收、温差电转换理论分析的不完善性，提出对应于热力学理论的制冷理论即冷力学理论：对于低于大气环境温度的环境称之为冷源，相对于高于环境温度的热源；相应于热能、热量，提出对应的冷能、冷量概念；提出冷能转换中的能量转换和守恒定律、冷力学第二定律、冷量有效能分析的公式；对应于热量的有用能“㶲”、无用能“烬”，对热量、冷量取水火会意，对于冷量的有用能，取名为“冷量涟”，冷量向环境传递的无用能称为“冷量浕”， “浕”读音为“尽”。
制冷过程中冷能的传递遵循能量转化和守恒定律。
为描述制冷过程中冷量传递的方向、条件和限度，提出冷力学第二定律：冷力学第二定律的实质跟热力学第二定律的实质是一样的，同样遵循“能质衰贬原理”，即不同形式的冷能，在转换成功量的能力上是有“质”的差别的；即使是同一种形式的冷能，其存在状态不同时，它的转换能力也不同的。一切冷能传递的实际过程，总是朝着能质下降的方向进行，一切冷能总会自发向大气环境方向转换。冷能能质的提高过程不可能自动、单独地进行，一个能质的提高的过程必然伴随着另一个能质的下降的过程同时发生，这个能质下降的过程就是实现能质升高过程的必要的补偿条件，即以能质下降为代价、作为补偿来推动能质升高过程的实现。在实际过程中，作为代价的能质下降过程，必须足以补偿能质升高的过程，以满足总的能质必定下降的普遍规律。因此，在一定的能质下降的补偿条件下，能质升高的过程必然有一个最高的理论限度。只有在完全可逆的理想条件下，才能达到这个理论限度，这时，能质升高值正好等于能质下降的补偿值，使总的能质保持不变。可见，可逆过程是纯理想化的能质守恒过程；在不可逆过程中总的能质必然下降；在任何情况下都不可能实现使孤立***总的能质升高的过程。这就是能质衰贬原理的物理内涵，是冷力学第二定律的实质，也是热力学第二定律的实质，它揭示了一切宏观过程必须遵循的、有关过程进行方向、条件及限度的客观规律。
描述冷力学第二定律的基本公式为：
（3）
公式（3）中，Tc2＜Tc1＜To，To为环境温度，均为开氏温标。
相对环境温度To而言，冷源在Tc1、Tc2下的最大冷效率为：
（4）
（5）
假设为q2循环的制冷量，w0为循环所消耗的净功，则在冷源温度为Tc1时：
（6）
同样，在冷源温度为Tc2时：
(7)
从公式（4）至（7）不难看出，冷力学的效率为0到1之间，由于实际过程中不可逆性的不可避免，制冷循环效率是小于1的；环境温度To确定时，冷源温度越低，输入同样的功，获得的制冷量越多，从而为构造新的制冷循环即电冷高效转换指明了方向。
需要说明的是：
（1）冷量是自发从低温冷源向环境温度传递的；
（2）不可能把冷量从低温冷源传到更低的冷源而不引起其他变化；
（3）冷量从低温冷源传递向环境时，与外界交换的功量为w0，其中包含对环境所做的无用功，p0为大气压力，Vo为环境温度下的体积，Vc为冷源温度下的体积，所能做的最大可逆有用功为：
（4）冷量从低温冷源传递向环境时，向环境传递的冷量浕为：
向环境传递的无用功为：
（5）冷能向环境温度传递时，向外做功的最佳型式为采用塞贝克（Seebeck）效应的温差发电机，即冷力发电机；电能向冷能转换时，最佳的转换型式是采用帕尔帖效应的温差制冷机；
（6）冷力学中能量必须、也必然要符合能量转化和守恒定律；
（7）通过借鉴有限时间热力学的构思，可以发展有限时间冷力学基本理论；
（8）不能脱离环境来评价冷量的品位；
（9）借鉴Curzon和Ahlborn把有温差传热这个不可逆过程引入热力循环的分析思路，以及由此创建的有限时间热力学的启发，结合CA循环效率，按照对比态原理，提出有限时间冷力学的改进公式：
对于甲烷：其标准大气压下的沸点温度为111.7°K，环境温度取298°K，则其对应的冷量最大可用能即冷量洧效率为：
按照改进公式计算：，这个数值应为冷力发电效率的可实现追求值。从计算的效率值看，冷量的冷电转换效率其实并不低。
从上述理论基础可以看出，提出的冷力学具有和热力学对称的理论框架体系，符合科学美学的基本原则，即对称原则。
基于上述基本原理，本发明提出不同于传统的冷能温差发电装置，借鉴热机循环中的回热循环理论，构建冷力循环回路的回冷循环，从而用于实现冷量的高效冷电转换，使冷量中的冷量涟得到高效回收；结合有效能向冷量高效率转换的可实现装置，从而使提出的理论成为真正的能够指导实践的闭环的初步完善的体系。
本发明的目的是通过以下措施实现的：
一种冷能温差发电装置，该装置包括冷能温差发电装置及回冷装置，其特征在于：
从液化气体贮罐1出来的液化气体2，经液压泵3增压后送入冷能温差发电装置4，通过冷量回收通道4-2将冷量通过温差电偶组4-1转换成电能，未转换的冷量传递给回冷管线7送来的温度较高的气体，释放出冷量、温度升高的气体经供气管线5送至气体使用***6；从供气管线5引出的气体经回冷管线7、压气机8增压升温后作为回冷工质进入冷能温差发电装置4的回冷通道4-3，回收冷量、降低温度，并经冷能温差发电装置4形成液化气体，经节流阀12返回液化气体贮罐1；温差电偶组产生的直流电经直流电转换及输出装置4-4输出，从而实现外供液化气体冷能的高效回收利用。
液化气体采用闭路循环方式时：从液化气体贮罐1出来的液化气体2，经液压泵3增压后送入冷能温差发电装置4的冷量回收通道4-2将冷量通过温差电偶组4-1转换成电能，未转换的冷量传递给返流管线10送来的温度较高的气体，释放出冷量、温度升高的气体经供气管线5送至气体使用***6；从气体使用***6出来的气体经返流管线9、调温器10、压气机8进入冷能温差发电装置4的回冷通道4-3，回收冷量、降低温度，并经冷能温差发电装置4形成液化气体，经节流阀12返回液化气体贮罐1；温差电偶组产生的直流电经直流电转换及输出装置4-4输出，从而实现外供液化气体冷能的高效回收利用。
设有冷凝蒸发器11：从液化气体贮罐1出来的液化气体2，经液压泵3、冷凝蒸发器11送入冷能温差发电装置4，通过冷量回收通道4-2将冷量通过温差电偶组4-1转换成电能，未转换的冷量传递给回冷管线7送来的温度较高的气体，释放出冷量、温度升高的气体经供气管线5送至气体使用***6；从供气管线5引出的气体经回冷管线7、压气机8增压升温后作为回冷工质进入冷能温差发电装置4的回冷通道4-3，回收冷量、降低温度，并经冷能温差发电装置4、冷凝蒸发器11形成液化气体，经节流阀12返回液化气体贮罐1；温差电偶组产生的直流电经直流电转换及输出装置4-4输出，从而实现外供液化气体冷能的高效回收利用。
或从液化气体贮罐1出来的液化气体2，经液压泵3、冷凝蒸发器送入冷能温差发电装置4的冷量回收通道4-2将冷量通过温差电偶组4-1转换成电能，未转换的冷量传递给返流管线10送来的温度较高的气体，释放出冷量、温度升高的气体经供气管线5送至气体使用***6；从气体使用***6出来的气体经返流管线9、调温器10、压气机8进入冷能温差发电装置4的回冷通道4-3，回收冷量、降低温度，并经冷能温差发电装置4、冷凝蒸发器11形成液化气体，经节流阀12返回液化气体贮罐1；温差电偶组产生的直流电经直流电转换及输出装置4-4输出，从而实现外供液化气体冷能的高效回收利用。
所述的冷能温差发电装置包括温差电偶组4-1、冷量回收通道4-2、回路通道4-3及直流电转换及输出装置4-4。
所述的温差电偶组4-1采用一组或多组串联、并联或串并联方式进行连接；每组温差电偶有多级温差电偶，采用串联、并联或串并联的连接型式。
串联型多级温差电偶的特点是各级的工作电流相同，级与级之间的连接处需要一层电绝缘的导冷层（一般采用阳极氧化铝或导冷性能较好且电绝缘的两片相互平行的陶瓷片等隔开），要求导冷层的导冷系数大，这样可使温差损失减少；从电流通路上看，所有温差电偶均为串联，从冷量通路上看，所有温差电偶则为并联。
并联型的多级温差电偶的特点除工作电流较大外，由于级间既要导冷又要导电，所以不需要电绝缘层，也无级间温差。当要求的温差和负荷与串联型温差电偶组相同时，并联型比串联型耗电要小些，但线路设计较复杂。
每个温差电偶由一只P型温差电元件和一只N型温差电元件联结而成，两种流体存在温差时：温度较低侧的流体中的冷量传递给温度较高的流体，温差电偶中电流由P→N，温度较低侧的流体温度上升，另外一侧的温度较高的流体获得冷量温度下降。
P型可选择膺三元材料如碲化铋-碲化锑固溶体合金或P型的超导材料；N型可碲化铋-硒化铋固溶体合金或N型超导材料。如P型在膺二元系碲化铋-碲化锑的基础上加入第三元硒化铋，N型材料采用二元固溶体，可采用重量比为93%的碲化铋+7%的硒化铋。
根据不同的温度区间，选择跟温度变化区间匹配的高效率的温差电偶。
附图1给出一种单级温差发电器的剖面结构示意图，图中：1-温度较高侧，2-输出，3-温度较低侧；附图2给出两种温差发电器结构示意图，图2（a）为温差电偶级间并联，图2（b）为温差电偶级间串联；附图3给出一种传统的组件型温差发电器的结构示意图，为模块单元和由10个模块单元组成的***，图3中:1-温差电偶单元，2-散热器，3-多层屏蔽罩，4-热源模块单元，5-10个模块单元叠加；附图4是一种温差发电器的结构示意图，图4中：1-热源，2-温差电模块，3-绝缘层，4-散热器，5-直流直流交换机。
温差电偶采用串联或串并联方式需根据负载具体情况而定，实际应用中通过串联或串并联结合使负载电阻与温差发电器的内阻匹配时，才能获得最大的输出功率。对采用n对温差电偶相互串联构成的温差发电器，其输出端的开路电压V∝为：
V∝=n（αN-αP）（T1-T2）
在上述情况下，实际施加到负载两端的电压为上式中所给出的开路电压的一半。由此可见，发电器的实际输出电压与温差电偶的数目有关。对于输出功率较大的应用，需要使用较多的温差电偶才能满足要求，因而不难获得较大的输出电压。然而，对于输出功率要求不太大的情形，较少的温差电偶串联起来就可以满足功率要求，其结果相应于满足功率要求的输出电压可能会非常小。另一方面，绝大多数电子设备通常要求其输入电压在伏特数量级，这将使小功率温差发电器的输出电压难以直接满足应用要求。因此，必须将温差发电器产生的“大”电流、“小”电压输出转换为“小”电流、“大”电压输出，这就需要采用直流-直流转换器。通常电压的转换效率与输出功率无关，而是发电器输出电压的函数，实际应用中保证能够获得60%以上的转换效率即可，此时对应的下限电压仅0.2V左右。
所述的冷量回收通道、回路通道为中空的圆形、矩形或曲面形腔体；所述的冷量回收通道、回路通道采用必要的强化传热措施，如增加肋片、采用板翅式换热器、微通道换热器等。
本发明中的冷能温差发电装置中的温差电偶组中未提及的其他结构不再详述，温差发电模块不再给出详细的结构及其配套的设施示意图，均采用现有成熟的温差发电器技术进行配套设计。
所述的冷量回收通道4-2、回路通道4-3采用板翅式换冷元件、微通道换冷元件或其他型式的强化传冷的元件，其结构与传统制冷循环中的传热元件的结构相同或相似，并可以借鉴汽车空调器中平行流蒸发器的强化换热技术。
所述的液化气体贮罐1采用必要的绝热保冷措施，如采用绝热真空容器、珠光砂等隔热保冷材料。
本发明中未说明的设备及其备用***、管道、仪表、阀门、保冷、具有调节功能旁路设施等采用公知的成熟技术进行配套。
设有与本发明的冷能温差发电装置配套的安全、调控设施，使装置能经济、安全、高热效率运行，达到节能降耗、环保的目的。
本发明相比现有技术具有如下优点：
1、节能效果显著：采用回冷循环技术高效回收液化气体的冷量用于高效温差发电，以上，能够有效提高温差电转换效率，冷量的冷量涟利用率可达35%以上，经济、社会、环保效益十分显著，是对传统冷能回收技术的突破。
2、无需采用传统温差发电器中的空气散热器或循环冷却水***，流程设置更加简洁，更符合节能环保原则。
3、设备的维修工作量较传统的温差发电器有极大程度的降低，采用小温差的温差电偶组合，使温差电偶的负荷轻、效率高，使用寿命大为延长。
4、传冷强化：较传统的温差发电器采用空冷或水冷技术进行散热或散冷，本发明采用回冷循环技术高效回收温差发电器为利用的冷量，并可以方便地采用强化传冷元件，温差发电装置及其发电效率更加紧凑、高效。
附图说明
图1是一种单级温差发电器的剖面结构示意图：
图1中：1-温度较高侧，2-输出，3-温度较低侧。
图2是两种温差发电器结构示意图，图2（a）为温差电偶级间并联，图2（b）为温差电偶级间串联。
图3是一种温差发电器的结构示意图：
图3中：1-热源，2-温差电模块，3-绝缘层，4-散热器，5-直流直流交换机。
图4是本发明的一种冷能温差发电装置流程示意图：
图4中：1-液化气体贮罐，2-液化气体，3-液压泵，3-1-节流阀，3-2-冷能温差发电装置进口管线,4-冷能温差发电装置，4-1-温差电偶组，4-2-冷量回收通道，4-3-回冷通道，4-4-直流电转换及输出装置，5-供气管线，6-气体使用***，7-回冷管线，8-压气机，9-返流管线，10-调温器，11-冷凝蒸发器，12-节流阀。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例 1 ：
如图4所示，一种冷能温差发电装置，该装置包括冷能温差发电装置及回冷装置，具体实施例如下：
从液化气体贮罐1出来的液化气体2，经液压泵3增压后送入冷能温差发电装置4，通过冷量回收通道4-2将冷量通过温差电偶组4-1转换成电能，未转换的冷量传递给回冷管线7送来的温度较高的气体，释放出冷量、温度升高的气体经供气管线5送至气体使用***6；从供气管线5引出的气体经回冷管线7、压气机8增压升温后作为回冷工质进入冷能温差发电装置4的回冷通道4-3，回收冷量、降低温度，并经冷能温差发电装置4形成液化气体，经节流阀12返回液化气体贮罐1；温差电偶组产生的直流电经直流电转换及输出装置4-4输出，从而实现外供液化气体冷能的高效回收利用。
所述的冷能温差发电装置包括温差电偶组4-1、冷量回收通道4-2、回路通道4-3及直流电转换及输出装置4-4。
所述的温差电偶组4-1采用一组或多组串联、并联或串并联方式进行连接；每组温差电偶有多级温差电偶，采用串联、并联或串并联的连接型式。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的为准。

Claims (8)

1.一种冷能温差发电装置，该装置包括冷能温差发电模块及回冷装置，其特征在于：
从液化气体贮罐（1）出来的液化气体（2），经液压泵（3）或节流阀（3-1）送入冷能温差发电模块（4），通过冷量回收通道（4-2）将冷量通过温差电偶组（4-1）转换成电能，未转换的冷量传递给回冷管线（7）、压气机（8）送来的温度较高的气体，释放出冷量、温度升高的气体经供气管线（5）送至气体使用***（6）；从供气管线（5）引出的气体经回冷管线（7）、压气机（8）增压升温后作为回冷工质进入冷能温差发电模块（4）的回冷通道（4-3），回收冷量、降低温度，并经冷能温差发电模块（4）形成液化气体，返回液化气体贮罐（1）；温差电偶组（4-1）产生的直流电经直流电转换及输出装置（4-4）输出，从而实现外供液化气体冷能的高效回收利用；
或从液化气体贮罐（1）出来的液化气体（2），经液压泵（3）或节流阀（3-1）送入冷能温差发电模块（4），通过冷量回收通道（4-2）将冷量通过温差电偶组（4-1）转换成电能，未转换的冷量传递给回冷管线（7）、压气机（8）送来的温度较高的气体，释放出冷量、温度升高的气体经供气管线（5）送至气体使用***（6）；从供气管线（5）引出的气体经回冷管线（7）、压气机（8）增压升温后作为回冷工质进入冷能温差发电模块（4）的回冷通道（4-3），回收冷量、降低温度，并经冷能温差发电模块（4）形成液化气体，经冷能温差发电模块（4）的进口管线（3-2）进入冷能温差发电模块（4）的冷量回收通道（4-2），释放冷量后再从供气管线（5）引出，从而形成内循环回路；温差电偶组（4-1）产生的直流电经直流电转换及输出装置（4-4）输出，从而实现外供液化气体冷能的高效回收利用；
或从液化气体贮罐（1）出来的液化气体（2），经液压泵（3）或节流阀（3-1）送入冷能温差发电模块（4），通过冷量回收通道（4-2）将冷量通过温差电偶组（4-1）转换成电能，未转换的冷量传递给返流管线（9）、压气机（8）送来的温度较高的气体，释放出冷量、温度升高的气体经供气管线（5）送至气体使用***（6）；从气体使用***（6）出来的气体经返流管线（9）、压气机（8）增压升温后作为回冷工质进入冷能温差发电模块（4）的回冷通道（4-3），回收冷量、降低温度，并经冷能温差发电模块（4）形成液化气体或气体，返回液化气体贮罐（1）；温差电偶组（4-1）产生的直流电经直流电转换及输出装置（4-4）输出，从而实现外供液化气体冷能的高效回收利用。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
设有调温器（10）：从液化气体贮罐（1）出来的液化气体（2），经液压泵（3）或节流阀（3-1）送入冷能温差发电模块（4），通过冷量回收通道（4-2）将冷量通过温差电偶组（4-1）转换成电能，未转换的冷量传递给返流管线（9）、压气机（8）送来的温度较高的气体，释放出冷量、温度升高的气体经供气管线（5）送至气体使用***（6）；从气体使用***（6）出来的气体经返流管线（9）、调温器（10）、压气机（8）增压升温后作为回冷工质进入冷能温差发电模块（4）的回冷通道（4-3），回收冷量、降低温度，并经冷能温差发电模块（4）形成液化气体或气体，返回液化气体贮罐（1）。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
设有冷凝蒸发器（11）：
从液化气体贮罐（1）出来的液化气体（2），经液压泵（3）或节流阀（3-1）、冷凝蒸发器（11）送入冷能温差发电模块（4），通过冷量回收通道（4-2）将冷量通过温差电偶组（4-1）转换成电能，未转换的冷量传递给回冷管线（7）、压气机（8）送来的温度较高的气体，释放出冷量、温度升高的气体经供气管线（5）送至气体使用***（6）；从供气管线（5）引出的气体经回冷管线（7）、压气机（8）增压升温后作为回冷工质进入冷能温差发电模块（4）的回冷通道（4-3），回收冷量、降低温度，并经冷能温差发电模块（4）、冷凝蒸发器（11）形成液化气体，返回液化气体贮罐（1）；
或从液化气体贮罐（1）出来的液化气体（2），经液压泵（3）或节流阀（3-1）、冷凝蒸发器（11）送入冷能温差发电模块（4），通过冷量回收通道（4-2）将冷量通过温差电偶组（4-1）转换成电能，未转换的冷量传递给返流管线（9）、压气机（8）送来的温度较高的气体，释放出冷量、温度升高的气体经供气管线（5）送至气体使用***（6）；从气体使用***（6）出来的气体经返流管线（9）、压气机（8）增压升温后作为回冷工质进入冷能温差发电模块（4）的回冷通道（4-3），回收冷量、降低温度，并经冷能温差发电模块（4）、冷凝蒸发器（11）形成液化气体，返回液化气体贮罐（1）。
4.根据权利要求1至3之一所述的装置，其特征在于：
设有节流阀（12）：
经冷能温差发电模块（4）形成液化气体，经节流阀（12）返回液化气体贮罐（1）；
或经冷能温差发电模块（4）、冷凝蒸发器（11）形成液化气体，经节流阀（12）返回液化气体贮罐（1）。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：
所述的冷能温差发电模块（4）包括温差电偶组（4-1）、冷量回收通道(4-2)、回冷通道(4-3) 及直流电转换及输出装置(4-4)。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：
所述的温差电偶组(4-1) 采用一组或多组串联、并联或串并联方式进行连接；每组温差电偶有多级温差电偶，采用串联、并联或串并联的连接型式。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：
所述的冷能温差发电模块（4）可设置一个或多个，采用串联、并联方式或混联方式进行连接。
8.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：
所述的冷能温差发电模块（4）可设置一个或多个，采用串联、并联方式或混联方式进行连接。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103151967B (zh) * 2013-01-27 2015-06-10 南京瑞柯徕姆环保科技有限公司 一种冷能温差发电装置
CN105871256A (zh) * 2016-06-01 2016-08-17 浙江聚珖科技股份有限公司 热泵冷热温差发电装置
CN105978405A (zh) * 2016-07-06 2016-09-28 浙江聚珖科技股份有限公司 一种运载工具的温差发电动力***
CN110736928B (zh) * 2019-10-24 2021-08-31 重庆大学 一种辨识teg***内部连接及接触效应的方法
CN112240649A (zh) * 2020-10-10 2021-01-19 蔚县中天电子股份合作公司 一种温差电致冷组件
CN113531947B (zh) * 2021-07-16 2022-06-24 华北电力大学 一种能够热回收的脉冲热电制冷的过冷维持装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1364227A (zh) * 2000-03-10 2002-08-14 高压气体保安协会 液化气气化装置
CN1485003A (zh) * 2002-09-24 2004-03-31 中国科学技术大学 利用液化天然气冷能半导体温差发电及制氢的方法与装置
CN1963347A (zh) * 2006-11-21 2007-05-16 华南理工大学 以冷媒为介质的液化天然气冷量利用方法及其装置
CN101505122A (zh) * 2009-03-13 2009-08-12 华东理工大学 利用lng冷能的温差发电模块及其制备方法
CN102214785A (zh) * 2011-05-27 2011-10-12 武汉华利泰复合半导体技术有限公司 卧式多级热并联热电转换堆
CN203039627U (zh) * 2013-01-27 2013-07-03 南京瑞柯徕姆环保科技有限公司 一种冷能温差发电装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4520305A (en) * 1983-08-17 1985-05-28 Cauchy Charles J Thermoelectric generating system
JP3092428B2 (ja) * 1994-01-14 2000-09-25 日本電信電話株式会社 燃料気化システム
CN1122413A (zh) * 1994-05-19 1996-05-15 霍占满 低温能源发电的方法及装置
WO1997031424A1 (en) * 1996-02-24 1997-08-28 Kim Pyung Won Generator by use of vacuum tubes, conductors and semiconductors
KR20050083670A (ko) * 2002-09-06 2005-08-26 케네스 윌리암 패터슨 드라이스데일 공조 사이클과 함께 사용하기 위한 장치, 방법 및 소프트웨어
US8286441B2 (en) * 2006-07-31 2012-10-16 Pavel Simka System for collecting and delivering solar and geothermal heat energy with thermoelectric generator
CN102185537B (zh) * 2011-04-09 2013-04-17 王海波 利用导热油炉与半导体发电装置实现热电联产的***及方法
CN103151967B (zh) * 2013-01-27 2015-06-10 南京瑞柯徕姆环保科技有限公司 一种冷能温差发电装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1364227A (zh) * 2000-03-10 2002-08-14 高压气体保安协会 液化气气化装置
CN1485003A (zh) * 2002-09-24 2004-03-31 中国科学技术大学 利用液化天然气冷能半导体温差发电及制氢的方法与装置
CN1963347A (zh) * 2006-11-21 2007-05-16 华南理工大学 以冷媒为介质的液化天然气冷量利用方法及其装置
CN101505122A (zh) * 2009-03-13 2009-08-12 华东理工大学 利用lng冷能的温差发电模块及其制备方法
CN102214785A (zh) * 2011-05-27 2011-10-12 武汉华利泰复合半导体技术有限公司 卧式多级热并联热电转换堆
CN203039627U (zh) * 2013-01-27 2013-07-03 南京瑞柯徕姆环保科技有限公司 一种冷能温差发电装置

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