CN110739882B - 基于半导体温差发电的射流发电装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于半导体温差发电的射流发电装置及方法，该装置包括：循环通道、蒸汽锅炉、液压单元和温差发电模块，循环通道包括水箱、进水管、出水管、导水管，进水管上设有过滤器，进水管一端接入水箱，另一端连接导水管，出水管一端接入水箱，并在出水管另一端的侧面设置柱流喷嘴；蒸汽锅炉与出气管相连并在出气管的侧面设置柱流喷嘴；液压单元包括电机以及与水箱连接的水泵；温差发电模块包含半导体温差发电片，半导体温差发电片通过金属杆固定于出水管与出气管中间。本发明的方法与有益效果：半导体温差发电片的冷热端面之间始终存在较大的温差，在稳定发电的同时，两端射流施加给半导体温差发电片冷热端面的压力进一步提高了发电能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种发电装置，尤其是一种射流发电装置及方法。
技术背景
随着能源与环境污染的日益严重，热电材料因其自身具有无污染、无噪音、体积小、寿命长、可精确控制等优点引起了人们的广泛关注。不论在发电方面，还是从环境保护、无震动、无噪声、微型化、易于控制、可靠性、寿命长等角度出发，热电材料都具有不可取代的优点。
热电装置基于热电材料的内部效应工作，可实现能量转换。其中，热电材料的Seebeck效应,又称温差发电效应,是指在两种不同导体构成的回路中,如果导体两个端面的温度不同,回路中就会产生电动势,加入负载电阻就会产生直流电流。
温差发电是一种新型的发电方式，利用Seebeck效应将热能直接转化为电能。以半导体温差发电模块制造的半导体温差发电机，只要有温差存在即能发电。
从文献中我们可知，材料热电性能的优劣取决于无量纲热电优值ZT，ZT＝S2σT/K,其中，S为Seebeck系数；σ为电导率，T为温差，κ为热导率。热电优值越大，热电转换效率越高。对半导体材料施加压力会使其Seebeck系数S增大，从而增大热电优值，提高发电能力。本发明不同于文献中通过对半导体材料施压减小接触热阻，从而提高发电能力的原理；也不同于文献中采用金刚石压砧对半导体材料施压的方式。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于半导体温差发电的射流发电装置及方法，采用半导体温差发电片的冷热端面之间始终存在的较大温差，在稳定发电的同时，两端射流施加给半导体温差发电片冷热端面的压力进一步提高发电能力。
为达到上述的目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于半导体温差发电的射流发电装置，包括循环通道、蒸汽锅炉、液压单元，所述循环通道包括水箱、进水管、出水管和导水管，所述进水管一端接入所述水箱，另一端连接所述导水管，所述出水管一端接入所述水箱，并在所述出水管另一端的侧面设置柱流喷嘴；所述蒸汽锅炉与出气管相连，所述液压单元包括电机以及与所述水箱连接的水泵，所述温差发电模块包括半导体温差发电片；所述半导体温差发电片通过金属杆固定于出水管与出气管中间，并位于导水管上方，所述半导体温差发电片与蓄电池相连。
进一步，所述半导体温差发电片包括P型半导体、N型半导体、铜片，所述P型半导体与N型半导体均设置在所述半导体温差发电片的冷端面和热端面之间。
进一步，所述进水管上设有过滤器。
一种基于半导体温差发电的射流发电方法，包括如下步骤：
1)所述水箱内注入冷水，所述电机带动所述水泵将所述水箱内的冷水输送至所述出水管中，所述出水管中的冷水从所述柱流喷嘴流出形成低温水射流；
2)所述蒸汽锅炉中的蒸汽流经所述出气管从所述柱流喷嘴流出形成高温蒸汽射流；
3)所述半导体温差发电片安装在两股射流中间，高温蒸汽射流冲击所述半导体温差发电片的热端面，使所述半导体温差发电片的热端面升温，同时低温水射流冲击所述半导体温差发电片的冷端面，使所述半导体温差发电片的冷端面降温，因此所述半导体温差发电片的冷热端面之间始终存在较大的温差，保证所述半导体温差发电片能够稳定发电。
4)所述半导体温差发电片正下方安装有导水管，将流下的水经过过滤器流回所述水箱内，循环利用，提高水流的利用率。
本发明的技术方案带来的有益效果是：
本发明提供了一种基于半导体温差发电的射流发电装置及发电方法，冷水在出水管内流动且通过喷嘴形成低温水射流，高温蒸汽在出气管流动且通过喷嘴形成高温蒸气射流，低温水射流冲击半导体温差发电片的冷端面，高温蒸汽射流冲击半导体温差发电片的热端面，半导体温差发电片两端产生温差同时，两端射流施加给半导体温差发电片的压力更进一步提高了发电能力，发电模块中可安装多个半导体温差发电片同时发电，提高发电能力。
附图说明
图1是本发明一种基于半导体温差发电的射流发电装置的示意图；
图2是图1中所述半导体温差发电片部分的结构示意图；
图中：1-水箱、2-进水管、3-过滤器、4-出水管、5-水泵、6-电机、7-柱流喷嘴、8-半导体温差发电片、9-导水管、10-蓄电池、11-蒸汽锅炉、12-出气管、13-金属杆、14-铜片、15-陶瓷导热片。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1和图2，一种基于半导体温差发电的射流发电装置，包括：循环通道、蒸汽锅炉11、液压单元和温差发电模块。
所述循环通道包括水箱1、进水管2、出水管4和导水管9，所述进水管2上设有过滤器3，所述进水管2一端接入所述水箱1，另一端连接所述导水管9，所述出水管4一端接入所述水箱1，另一端位于所述导水管9的上方并在所述出水管4的侧面连接柱流喷嘴7。所述出气管12的侧面连接柱流喷嘴7，所述蒸汽锅炉11中的蒸汽从所述柱流喷嘴7中流出形成高温蒸汽射流。
所述液压单元包括电机6以及与所述水箱1连接的水泵5。由电机6驱动水泵5工作。
所述温差发电模块包括出水管4、出气管12及半导体温差发电片8，其中，所述出水管4与水箱1相连，所述出气管12与蒸汽锅炉11相连，所述半导体温差发电片8通过金属杆13固定于出水管4与出气管12中间。所述半导体温差发电片8与蓄电池10相连，把产生的电能储存起来。
如图2所示，所述半导体温差发电片8包括P型半导体、N型半导体、铜片14，所述P型半导体与N型半导体均设置在所述半导体温差发电片8的冷端面B和热端面A之间。
一种基于半导体温差发电的射流发电方法的工作原理为：所述水箱1内注入冷水，所述电机6带动所述水泵5将所述水箱1内的冷水输送至所述出水管4中，所述出水管4中的冷水从所述柱流喷嘴7流出形成低温水射流；
所述蒸汽锅炉11中的蒸汽流经所述出气管12从所述柱流喷嘴7流出形成高温蒸汽射流。
所述半导体温差发电片8安装在两股射流中间，高温蒸汽射流冲击半导体温差发电片8的热端面，使半导体温差发电片8的热端面升温，同时低温水射流冲击半导体温差发电片8的冷端面，使半导体温差发电片8的冷端面降温，因此半导体温差发电片8的冷热端面之间始终存在较大的温差，保证半导体温差发电片8能够稳定发电。
半导体温差发电片8两端保持有较大温差的同时，两股射流会给半导体温差发电片8两端施加很大的压力，这个压力会使得半导体温差发电片8本身的电阻减小，Seebeck系数S增大，从而增大半导体温差发电片8的热电优值，进一步提高发电能力。
半导体温差发电片8正下方安装有导水管9，将流下的水经过过滤器3流回水箱1内，循环利用，提高水流的利用率。
Claims (4)
1.一种基于半导体温差发电的射流发电装置，包括循环通道、蒸汽锅炉、液压单元，其特征在于，所述循环通道包括水箱、进水管、出水管和导水管，所述进水管一端接入所述水箱，另一端连接所述导水管，所述出水管一端接入所述水箱，并在所述出水管另一端的侧面设置柱流喷嘴；所述蒸汽锅炉与出气管相连，所述液压单元包括电机以及与所述水箱连接的水泵，温差发电模块包括半导体温差发电片；所述半导体温差发电片通过金属杆固定于出水管与出气管中间，并位于导水管上方，所述半导体温差发电片与蓄电池相连；出气管的侧面连接柱流喷嘴，出水管中的冷水从出水管上的柱流喷嘴流出形成低温水射流，蒸汽锅炉中的蒸汽流经出气管从出气管上的柱流喷嘴流出形成高温蒸汽射流，半导体温差发电片安装在两股射流中间，高温蒸汽射流冲击半导体温差发电片的热端面，使半导体温差发电片的热端面升温，同时低温水射流冲击半导体温差发电片的冷端面，使半导体温差发电片的冷端面降温。
2.根据权利要求1所述的一种基于半导体温差发电的射流发电装置，其特征在于：所述半导体温差发电片包括P型半导体、N型半导体、铜片，所述P型半导体与N型半导体均设置在所述半导体温差发电片的冷端面和热端面之间。
3.根据权利要求1所述的一种基于半导体温差发电的射流发电装置，其特征在于：所述进水管上设有过滤器。
4.一种基于半导体温差发电的射流发电方法，采用权利要求1至3任一所述的基于半导体温差发电的射流发电装置，其特征在于，包括如下步骤：
1）所述水箱内注入冷水，所述电机带动所述水泵将所述水箱内的冷水输送至所述出水管中，所述出水管中的冷水从出水管上的柱流喷嘴流出形成低温水射流；
2）所述蒸汽锅炉中的蒸汽流经所述出气管从出气管上的柱流喷嘴流出形成高温蒸汽射流；
3）所述半导体温差发电片安装在两股射流中间，高温蒸汽射流冲击所述半导体温差发电片的热端面，使所述半导体温差发电片的热端面升温，同时低温水射流冲击所述半导体温差发电片的冷端面，使所述半导体温差发电片的冷端面降温，因此所述半导体温差发电片的冷热端面之间始终存在较大的温差，保证所述半导体温差发电片能够稳定发电；
4）所述半导体温差发电片正下方安装有导水管，将流下的水经过过滤器流回所述水箱内，循环利用，提高水流的利用率。
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