CN201878060U - 一种热泵型温差发电装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种热泵型温差发电装置，其特征在于所述变频压缩机(1)的工作回路中分低压区(12)、高压区(11)，变频压缩机(1)一端与低压区(12)管路的总出口相连，另一端与高压区(11)管路总出口相连；在温差发电装置的内部，电子膨胀阀(6)的两端分别连接低压区(12)管路和高压区(11)管路的另一个出口；温度控制器(8)的温度传感器安装在温差发电装置内部的高压区(11)，其控制线路与变频压缩机(1)相连；温差发电模块(2)紧贴于高压区和低压区之间，所有模块的接线端子经过串并联后经总线连接到逆变器(7)的直流母线上。该装置的效率得到有效会的提高；即实现吸收自然界中蕴含的能量进行发电。
Description
[技术领域]
本实用新型涉及发电装置，具体地讲，涉及一种温差发电装置。
[背景技术]
我们现今所使用的能源，有些直接来自太阳，如太阳能板；有些是太阳能转化的能源，像水能、风能、生物能，有些是早期由太阳能转化来的一直储存在地球上的能源，像煤炭、石油这样的化石燃料。
为了方便使用，人们把这些能源转换为电能，如果我们把火电厂看作一个黑盒子的话，那么输入的是煤，亦即热量，输出的是电能。热量能使实体物质产生温差，那么如果能够开发出一种装置使实体物质如空气产生温差，来提取能量进行发电，也就实现利用周围环境物质中的能量来实现装置的自发电。
该空气源温差发电装置需要两种技术的支撑：热泵技术和温差发电技术。
热泵技术：空气源热水器就是个典型的热泵，它基于逆卡诺循环原理，将工作介质通过压缩膨胀释放的相变循环，吸收周围环境空气中的热量并压缩升温后转移到被加热侧，它消耗的电能仅仅是压缩机用来搬运空气能源所用的能量，因此热效率(COP)高达380％-800％，COP理论值高达1000％；也就是说每付出1kWh的电量作为催化剂就能产生等效于3-8kWh的热量，这其中1kWh来于电力，另外2-6kWh来源于空气。能量守恒公式为：
空间2获得能量＝空间1失去能量+为转移能量所付出的电能
温差发电技术：人们根据赛贝克效应制造了温差发电器件，它具有寿命长、无须维护、无污染、无振动等特点；随着半导体技术的不断发展，温差发电器件取得相当的进步，但转换效率还有待提高。
热电转换效率主要由热电优值(ZT)来决定，ZT＝S2Tσ/K(S是材料的热电动势率即赛贝克系数，T为绝对温度，σ为电导率，K为热导率)。因此，提高ZT值一直是研究热电材料的主要工作，目前美国Hi-ZTechnology公司温差电器件ZT接近3，2年后预计会提高到ZT＝4，温差发电效率达20％；如果使用新型的量子阱材料，效率还有望达到35％。 随着新材料和工艺的提高，温差发电器件的热电转换效率会不断的提高，改技术方案的发电效率和实用价值也会不断提高。
[实用新型内容]
本实用新型的目的在于利用现有技术的改进和优化组合，提供一种热泵型温差发电装置，以实现把空气(或其它物质，如海水)中的热能转化为电能并输出，并且随着热泵和温差发电效率的提高，该装置的效率得到有效会的提高；即实现吸收自然界中蕴含的能量进行发电。
本实用新型提供的一种热泵型温差发电装置，其中所述温差发电装置包括变频压缩机、温差发电模块、耐压散热管路、热水容器、电子膨胀阀、逆变器和温度控制器；所述变频压缩机的工作回路中分低压区、高压区，变频压缩机一端与低压区管路的总出口相连，另一端与高压区管路总出口相连；在温差发电装置的内部，电子膨胀阀的两端分别连接低压区管路和高压区管路的另一个出口；所述温度控制器的温度传感器安装在温差发电装置内部的高压区，其控制线路与变频压缩机相连；所述温差发电模块紧贴于高压区和低压区之间，所述变频压缩机、温差发电模块、耐压散热管路、热水容器、电子膨胀阀、逆变器和温度控制器的接线端子经过串并联后经总线连接到逆变器的直流母线上。
本实用新型提供的一种热泵型温差发电装置，所述温差发电装置包括吸热外壳，吸热外壳与热水容器间设有保温材料、导热材料和温差发电模块，所述导热材料设在温差发电模块的外层，保温材料散布导热材料的***。
操作时，开始启动阶段，接通外部电源后，变频压缩机启动，将低压蒸发区内部的低压工质气体(氨或氟里昂)压缩成高压饱和气体，送入高压区管路内，在压缩的同时，工质气体的温度会升高，通过管路把热传给容器内的水，使水温不断提高，而工质被压缩成液体，该液体经电子膨胀阀节流降温后再次流入低压蒸发区，由于压力骤降，液态工质立即变成气态工质，在蒸发过程中不断经低压管路外壳吸收空气中的热量，如此反复循环工作，空气中的热能被不断“泵”送到水中，使保温水箱里的水温逐渐升高，最后达到95℃以上，此时高压区和低压区温度差达到70℃以上，而该温差梯度场使温差发电模块不断发出电能。
保温材料和导热材料保证了热泵产生的热能只能通过温差发电模块从热端传到冷 端，温差发电模块在冷端和热端之间，并有导热材料加强其导热效率；冷热端之间空隙以及热端水箱都有保温材料填充以达到绝热的目的，热端内部加装温度传感器，用以控制变频压缩机(变频节能)的启停，实现投入功率最小化。
由于热泵的作用使得冷热端温差加大，温差加大后提高温差发电的输出功率，形成了温差正循环。图示仅为该种装置的一种类型，其中热泵的热源可以有很多种，如地热源、海水等。
当前在实验室中，热泵的最高的热效率(COP)值能达到8.0，我们这里保守的取值为7.0；***中未转化为电能的热量又传导到冷端，形成温差能量正循环，所以此时热泵的COP值应更高。温差发电模块的效率取保守的16％，那么我们整个***的效率
η＝7.0*16％＝112％＞100％
上式说明我们的***实现能能量自我维持并有盈余，也就实现了把空气中的热能转化为电能并输出，并且随着热泵和温差发电效率的提高，该装置的效率会有很大的提高。
本实用新型提出了一种通过对热泵技术和温差发电技术的结合，实现自持发电的新模式，为新能源的利用发展提供了创新性的发展方向。
与现有技术相比，本实用新型提供的热泵型温差发电装置具有以下优点：
1、该专利装置发电不需要石化能源，将改变我们的用能观念，将会有很大的后续经济效益，如改用海水温差，地热源等提高发电效率。
2、该电源装置适应性强，不像风电、太阳能等容易受到天气的影响，且该装置的容量规模可大可小，方便实用。
3、该电源装置也是另外一种分布式电源，可以孤岛运行，也可以并网，不但适应偏远山区的电力需求，更可以作为居民家中的夏季的降温、发电一举多得的设备使用。
4、将不断发展的热泵技术和温差发电技术相结合，利用一定的组合方式从外界吸收能量来实现自持发电。
[附图说明]
图1是：本实用新型提供的一种热泵型温差发电装置的结构示意图；
图中：1、变频压缩机；2、温差发电模块；3、吸热外壳；4、耐压散热管路；5、热水容器；6、电子膨胀阀；7、逆变器；8、温度控制器；9、保温材料；10、导热材料；11、高压区；12、低压区。
[具体实施方式]
以下通过附图说明及具体实施方式，对本实用新型提供的一种热泵型温差发电装置做进一步更详细的说明。
[实施例1]
本实施例的热泵型温差发电装置，如图1所示：它主要是由变频压缩机1、温差发电模块2、耐压散热管路4、热水容器5、电子膨胀阀6、逆变器7和IC温度控制器8组成；变频压缩机1的工作回路中分低压区12、高压区11，变频压缩机1一端与低压区12管路的总出口相连，另一端与高压区11管路总出口相连；在温差发电装置的内部，电子膨胀阀6的两端分别连接低压区12管路和高压区11管路的另一个出口；温度控制器8的温度传感器安装在温差发电装置内部的高压区11，其控制线路与变频压缩机1相连；温差发电模块2紧贴于高压区11和低压区12之间，变频压缩机1、温差发电模块2、耐压散热管路4、热水容器5、电子膨胀阀6、逆变器7和温度控制器8的接线端子经过串并联后经总线连接到逆变器7的直流母线上。
温差发电装置包括吸热外壳3，吸热外壳3与热水容器5间设有保温材料9、导热材料10和温差发电模块2，导热材料10设在温差发电模块2的外层，保温材料9散布导热材料的***。
开始启动阶段，接通外部电源后，变频压缩机启动，将低压区12内部的低压工质气体(氨或氟里昂)压缩成高压饱和气体，送入高压区11管路内，在压缩的同时，工质气体的温度会升高，通过管路把热传给容器内的水，使水温不断提高，而工质被压缩成液体，该液体经电子膨胀阀节流降温后再次流入低压区12，由于压力骤降，液态工质立即变成气态工质，在蒸发过程中不断经低压管路外壳吸收空气中的热量，如此反复循环工作，空气中的热能被不断“泵”送到水中，使保温水箱里的水温逐渐升高，最后达到95℃以上，此时高压区11和低压区12温度差达到70℃以上，而该温差梯度场使温差发电模块不断发出电能。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：技术人员阅读本申请说明书后依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均未脱离本实用新型申请待批权利要求保护范围之内。
Claims (2)
1.一种热泵型温差发电装置，其特征在于所述温差发电装置包括变频压缩机(1)、温差发电模块(2)、耐压散热管路(4)、热水容器(5)、电子膨胀阀(6)、逆变器(7)和温度控制器(8)；所述变频压缩机(1)的工作回路中分低压区、高压区，变频压缩机(1)一端与低压区管路的总出口相连，另一端与高压区管路总出口相连；在温差发电装置的内部，电子膨胀阀(6)的两端分别连接低压区管路和高压区管路的另一个出口；所述温度控制器(8)的温度传感器安装在温差发电装置内部的高压区，其控制线路与变频压缩机(1)相连；所述温差发电模块(2)紧贴于高压区和低压区之间，所述变频压缩机(1)、温差发电模块(2)、耐压散热管路(4)、热水容器(5)、电子膨胀阀(6)、逆变器(7)和温度控制器(8)的接线端子经过串并联后经总线连接到逆变器(7)的直流母线上。
2.根据权利要求1所述的温差发电装置，其特征在于所述温差发电装置包括吸热外壳(3)，吸热外壳(3)与热水容器(5)间设有保温材料(9)、导热材料(10)和温差发电模块(2)，所述导热材料(10)设在温差发电模块(2)的外层，保温材料(9)散布导热材料的***。
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