CN104410329A - 一种利用辐射热的高效温差发电装置 - Google Patents

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金安君
许世森
李启明
刘大为
彭文博
朱连峻
高虎
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    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
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Abstract

一种利用辐射热的高效温差发电装置，包括：用于吸收热量的集热器，用于散发热量的散热器，以及热电模块；热电模块热端与集热器相接接收其吸收的热量，冷端与散热器相接对外散热，从而在冷热两端形成温差，实现对外供电；其中集热器包括集热结构本体，集热结构本体的底部为一个内凹的球冠面，球冠面为吸热面；本发明所提出的温差发电装置结构简单，集热器的集热面对流损失小，集热效率高，可有效吸收太阳能、化石燃料的燃烧、生物质的燃烧等多种辐射能量；热电模块根据不同的温度区域选用不同的材料，从而获得较高的发电效率；散热器结构简单，易于加工，散热效率高；该装置可作为一个单元模块使用，也可多个模块串并联获得更大的功率。

Description

一种利用辐射热的高效温差发电装置
技术领域
本发明属于热电技术领域，涉及一种温差发电装置，特别涉及一种利用辐射热的高效温差发电装置。
背景技术
辐射热广泛存在于自然界以及日常生活中，如太阳能、化石燃料的燃烧、生物质的燃烧等多种辐射能量，易于获取，如果能够简单有效的将这些能量转化为电力，将弥补现有电力供应的不足，尤其是针对一些电力难以供应的偏远地区，此外野外活动或停电时，也可利用这些能量提供电力。温差发电技术是解决这一问题的有效途径。
温差发电是一种利用热电材料中微观粒子(电子或空穴)的迁移，将温差产生的热流直接转变为电能的新技术。温差发电技术在军事、航空航天、医学、余热和废热利用以及太阳能利用等方面均有广泛的应用前景，并有望在未来的节能和可再生能源利用市场占有重要的一席之地。温差发电是完全绿色的新一代发电技术：设备制造过程无污染、低耗能；工作中零排放、无水耗。此外温差发电是一种固态发电技术，发电过程不含气、液循环工质，而且没有移动部件，因此，可以被制成任意大小和形状，灵活应用于各种需要的场合。
温差发电装置热端的集热结构，对整个装置的发电效率有很重要的影响。集热效率高，热损失小，则会提升整体的发电效率，反之，则会降低。目前，温差发电装置的集热面多为平面结构，在吸收辐射形式的能量时，效率较低，且散热损失相对较大。
热电模块是温差发电装置的核心部件，常见形式是方片状，厚度为毫米量级，分冷热两个端面，存在温差，便可对外供电。温差发电装置通常仅采用一种材料所制成的热电模块，只能满足一种温区需求。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种利用辐射热的高效温差发电装置，具有集热效率高，发电效率高的特点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种利用辐射热的高效温差发电装置，包括：
用于吸收热量的集热器1，
用于散发热量的散热器3，
以及，
热电模块2，其热端与集热器1相接接收其吸收的热量，冷端与散热器3相接对外散热，从而在冷热两端形成温差，实现对外供电。
所述集热器1包括集热结构本体4，集热结构本体4的底部为一个内凹的球冠面5，球冠面5为吸热面。
所述球冠面5的球面直径为集热结构本体4底部开口圆直径的1.2～1.8倍。
所述球冠面5表面喷涂有防腐蚀漆层6，在防腐蚀漆层6表面喷涂有耐温吸收涂层7，耐温吸收涂层7对可见光及红外光具有高效的吸收特性。
所述集热结构本体4为实体导热块或空腔热管。
所述实体导热块采用铜或铝制作而成；所述空腔热管外部采用铜或不锈钢制造，内部工质采用导热姆-A或碱金属。
所述热电模块2的热端连接在集热结构本体4的顶部。
所述热电模块2采用单级热电芯片或多级级联的热电芯片组。
所述热电芯片的制造材料为：应用于300℃以内环境采用碲化铋，300℃到500℃之间环境采用碲化铅，500℃以上环境采用锑化钴。
所述散热器3使用金属材料加工而成，以铜或者铝为主，其结构为板翅式散热片8或者针翅式散热片9，散热介质是水或者空气。
与现有技术相比，本发明所提出的温差发电装置结构简单，集热器的集热面对流损失小，集热效率高，可有效吸收太阳能、化石燃料的燃烧、生物质的燃烧等多种辐射能量。热电模块根据不同的温度区域选用不同的材料，从而获得较高的发电效率。散热器结构简单，易于加工，散热效率高。该装置可作为一个单元模块使用，也可多个模块串并联获得更大的功率。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是本发明集热器结构示意图。
图3是图2的俯视图。
图4是本发明板翅式散热片结构示意图。
图5是本发明针翅式散热片结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
如图1所示，本发明一种利用辐射热的高效温差发电装置，主要包括集热器1、热电模块2和散热器3，集热器1吸收热量后传递至位于其上方的热电模块2的热端，热电模块2的冷端通过散热器3对外散热，从而使得热电模块2上下两个端面形成温差，实现对外供电。
如图2和图3所示，集热器1主要包括集热结构本体4，集热结构本体4为实体导热块或空腔热管。实体导热块采用铜或铝制作而成；而空腔热管外部采用铜或不锈钢制造，内部工质采用导热姆-A或碱金属。集热结构本体4的底部为一个内凹的球冠面5，球冠面5的球面直径为在集热结构本体4底部开口圆直径的1.2～1.8倍。球冠面5为吸热面，表面喷涂有防腐蚀漆层6，在防腐蚀漆层6表面喷涂有耐温吸收涂层7，耐温吸收涂层7对可见光及红外光具有高效的吸收特性。
热电模块2采用单级热电芯片或多级级联的热电芯片组，所述热电芯片的制造材料为：应用于300℃以内环境采用碲化铋，300℃到500℃之间环境采用碲化铅，500℃以上环境采用锑化钴。
如图4和图5所示，散热器3使用金属材料加工而成，以铜或者铝为主，其结构为板翅式散热片8或者针翅式散热片9，散热介质是水或者空气。
本发明的制作方法为：准备一块160mm×160mm×40mm的铝块，制作集热结构本体4，预先在其底部设计内凹的球冠面5作为吸热面，球面半径150mm，底面开口圆半径90mm，内凹面的冠顶高30mm。然后，在吸热面5上喷涂一层防腐蚀漆层6，待防腐蚀漆层6凉干后再喷涂一层已商用的耐温吸收涂层7。然后购买商用热电片，以一定的方式串并联形成热电模块2后平铺于集热器顶部平面。根据所需的散热量，选定散热器3的形式，设计出散热器的尺寸结构，翅片的结构和数量，使用铝材料，采用铝挤或者插齿的方式制作出散热器3，安装于热电模块2的顶部。集热器1和热电模块2以及热电模块2和散热器3的两个接触界面处均需涂抹一层薄薄的导热硅脂，以增强传热。
本发明的发电原理：热电芯片是一种基于塞贝克效应的发电半导体器件，由两种不同半导电材料(分别被称为p型和n型材料)组成的回路，如果两个接头的温度不同，一端为热量输入端即热端，另一端为热量输出端即冷端，则回路中会形成电势差。实际应用中，通常将p型和n型半导体材料串联成多个pn对组成热电芯片。本发明装置中，吸收涂层7吸收太阳能或化石燃料燃烧等的辐射热，经集热结构的本体4传导至热电模块2的热端，一部分热量经热电模块2传导至冷端散热器3，对外散热，于是，热电模块2的热端和冷端形成一定的温差，从而对外供电。

Claims (10)

1.一种利用辐射热的高效温差发电装置，其特征在于，包括：
用于吸收热量的集热器(1)；
用于散发热量的散热器(3)，
以及，
热电模块(2)，其热端与集热器(1)相接接收其吸收的热量，冷端与散热器(3)相接对外散热，从而在冷热两端形成温差，实现对外供电。
2.根据权利要求1所述利用辐射热的高效温差发电装置，其特征在于，所述集热器(1)包括集热结构本体(4)，集热结构本体(4)的底部为一个内凹的球冠面(5)，球冠面(5)为吸热面。
3.根据权利要求2所述利用辐射热的高效温差发电装置，其特征在于，所述球冠面(5)的球面直径为集热结构本体(4)底部开口圆直径的1.2～1.8倍。
4.根据权利要求2所述利用辐射热的高效温差发电装置，其特征在于，所述球冠面(5)表面喷涂有防腐蚀漆层(6)，在防腐蚀漆层(6)表面喷涂有耐温吸收涂层(7)。
5.根据权利要求2所述利用辐射热的高效温差发电装置，其特征在于，所述集热结构本体(4)为实体导热块或空腔热管。
6.根据权利要求5所述利用辐射热的高效温差发电装置，其特征在于，所述实体导热块采用铜或铝制作而成；所述空腔热管外部采用铜或不锈钢制造，内部工质采用导热姆-A或碱金属。
7.根据权利要求2至6任一权利要求所述利用辐射热的高效温差发电装置，其特征在于，所述热电模块(2)的热端连接在集热结构本体(4)的顶部。
8.根据权利要求1所述利用辐射热的高效温差发电装置，其特征在于，所述热电模块(2)采用单级热电芯片或多级级联的热电芯片组。
9.根据权利要求8所述利用辐射热的高效温差发电装置，其特征在于，所述热电芯片的制造材料为：应用于300℃以内环境采用碲化铋，300℃到500℃之间环境采用碲化铅，500℃以上环境采用锑化钴。
10.根据权利要求1所述利用辐射热的高效温差发电装置，其特征在于，所述散热器(3)的结构为板翅式散热片(8)或者针翅式散热片(9)，散热介质是水或者空气。
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