专利名称：内冷式温差发电热电装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种温差发电热电装置，特别是一种能置于热源内部的内冷式温差发电热电装置。
背景技术：
热电材料是一种通过材料内部载流子运动实现热能和电能相互直接转换的功能材料。当一块热电材料的两端存在温差时，将形成一个电势差。将一定数量的p型热电材料和n型热电材料串联起来，可以制成温差电池。当温差电池两侧存在温度差时，电池的输出端将有电压，当电池连接负载并导通时，就有电能输出。温差电池输出电能的大小，除了与材料本身的性能、p-n对的串联数量和负载特性有关以外，还与两端的温差有关，温差越大，则输出功率也越高。
用热电材料制造的温差电池具有无机械运动部件、无污染、无噪声、免维护、长寿命、高可靠性等突出优点。采用不同特性的热电材料制造的温差电池可以适用于不同的温度范围，从而可满足不同热源特性的应用需求。例如利用放射性同位素热源的高温型温差电池已经在深层空间航天器、免维护海洋灯塔等领域得到应用；以矿物或植物燃料燃烧热作为热源的中高温型温差电池可以作为移动电源和小型辅助电源应用于野外作业和边远地区；以余热废热作为热源的中低温型温差电池，可以应用于石油输送管道阴极保护电源和废热发电。
工业生产过程中产生的余热废热是应当予以充分利用的绿色能源。但对于低品位工业余热废热，采用常规的汽轮机发电机技术的发电效率非常低，在经济上是不可行的，而温差发电技术在这方面将有广阔的发展前景。
如前所述，温差电池发电时需要在电池两侧保持足够大的温差以获得足够大的输出电能。也就是说，温差电池的一侧(热电材料的热端)要与热源直接接触以达到尽可能高的温度，另一侧(热电材料的冷端)需要冷却以保持尽可能低的温度。目前采用的冷端冷却技术主要有强制冷却和自然冷却两种方案。前者采用风机或水泵在冷端鼓风或通循环冷却水，其优点是冷却效果好，缺点是冷却过程本身要耗费电能。后者采用辅助散热片与环境之间自然对流冷却，其优点是不需要额外的冷却动力，缺点是冷却效果差，温差电池两端的温差小，输出电能少。特别是冶金、建材、化工、电力等重要行业的余热废热主要存在于厚壁隔热管道(如烟囱、热交换室等)中。将温差电池安装在管道外壁则不能获得高的热端温度；安装在管道内部则不能实现冷端的自然冷却。而将温差电池安装在管壁中，则一方面需要对排热管道进行停工改造，另一方面温差电池的强度也不足以取代承重管壁。
实用新型内容针对现有技术中存在的不足之处，本实用新型提供一种结构简单、无需动力源就能进行循环冷却，从而能提高输出电量值的利用余热进行发电的内冷式温差发电热电装置。
本实用新型为达到以上目的，是通过这样的技术方案来实现的提供一种内冷式温差发电热电装置，包括内冷却温差发电主体部分和外循环冷却辅助部分，内冷却温差发电主体部分包括与电源输出线相连的温差电池，内冷却温差发电主体部分还包括内含冷却液的冷却腔，温差电池与冷却腔的外表面固定相连；外循环冷却辅助部分包括内含冷却液的蓄水池、进水管和出水管，进水管的一端与蓄水池的底部相连通、另一端与冷却腔的底部相连通，出水管的进口与冷却腔的顶部相连通，出水管的出口与蓄水池的顶部相连通。
作为本实用新型的内冷式温差发电热电装置的一种改进温差电池的冷端均与冷却腔的外表面相接触，蓄水池内冷却液的最高水平面高于温差电池的最高点。
作为本实用新型的内冷式温差发电热电装置的进一步改进出水管的出口通过冷却塔后与蓄水池的顶部相连通。
作为本实用新型的内冷式温差发电热电装置的进一步改进进水管的外表面设置保温耐火层，冷却腔的不与冷端相接触的外表面设置保温耐火层。
本实用新型的内冷式温差发电热电装置，实际使用时，如图2所示，将内冷却温差发电主体部分置于热源内部，外循环冷却辅助部分置于热源的外部。工作过程是热源加热温差电池，使温差电池升温，温差电池的冷端因与冷却腔接触而保持较低的温度；从而使温差电池保持温差，使温差电池能输出电能。冷却腔中的水(即冷却液)受热膨胀上升，经出水管、冷却塔返回蓄水池；同时蓄水池中的冷水经进水管补充到冷却腔内，从而实现对置于热源内部的温差电池冷端的连续冷却。上述的冷却水循环过程，不需要水泵驱动进行强制循环，即实现了所述的无动力水循环。由于其无需消耗电能来驱动水泵，从而能增大整个发电装置的总能量输出；且由于取消了水泵这个零部件，整个装置的结构也更简单。
图1是本实用新型的内冷式温差发电热电装置的结构示意图；图2是图1的使用状态示意图。
具体实施方式
参照上述附图，对本实用新型的具体实施方式
进行详细说明。图1给出了一种内冷式温差发电热电装置，包括内冷却温差发电主体部分和外循环冷却辅助部分。内冷却温差发电主体部分由冷却腔1、温差电池2和电源输出线3组成，电源输出线3与温差电池2相连，温差电池2与冷却腔1的外表面固定相连，冷却腔1内充满冷却液。温差电池所用的热电材料，根据使用温度的不同分别采用Bi2Te3基热电材料、FeSi2基热电材料或SiGe基热电材料，其厚度均为4mm。冷却腔1呈扁平状，温差电池2分布于冷却腔1的两侧，温差电池2的冷端11均与冷却腔1的外表面紧密接触，以保证温差电池2的冷端11尽可能的获得足够的低温。外循环冷却辅助部分包括内含冷却液的蓄水池7、以及连接蓄水池7和冷却腔1的进水管9和出水管4，蓄水池7的顶部设有一个大开口。进水管9的一端与蓄水池7的底部相连通，另一端与冷却腔1的底部相连通。出水管4的进口与冷却腔1的顶部相连通，出水管4的出口5位于蓄水池7的顶部开口处的正上方，在出水管4的出口5与蓄水池7的顶部开口处之间设有冷却塔6，即水从出口5出来后，依次通过冷却塔6、蓄水池7的顶部开口处，进入蓄水池7的内部。必须保证在任何工作状态下，蓄水池7内冷却液的最高水平面8高于温差电池2的最高点10。进水管9的外表面设置保温耐火层，冷却腔1的不与冷端11相接触的外表面(即冷却腔1外表面没有被温差电池2覆盖的地方)设置保温耐火层12。
本实用新型的内冷式温差发电热电装置实际工作时，如图2所示冷却腔1和与其固定相连的温差电池2，置于热源100的内部；安装的方式为温差电池2的冷端11可与水平面垂直、或者平行、或者倾斜成一定的角度。蓄水池7置于热源100的外部，即外界环境中。热源100内的温度一般在120℃～1000℃。
工作过程如下热源100加热温差电池2，使温差电池2升温，温差电池2的冷端11因与冷却腔1接触而保持较低的温度；从而使温差电池2的冷端11与热端之间保持温差，使温差电池2能输出电能。冷却腔1内的冷却液吸收温差电池2的冷端11的热量，受热后膨胀上升，经出水管4的自然冷却、冷却塔6的进一步冷却后流回蓄水池7。同时蓄水池7内的冷却后的冷却液不断通过进水管9补充进入冷却腔1，使冷却腔1保持足够的低温，对温差电池2的冷端11进行冷却；从而实现对置于热源100内部的温差电池2的冷端11的连续冷却。
当然，实际工作中，为了提高冷却液的流速，也可以在进水管9的内部安装一个耗电省的小水泵。
实施例1、当热源100内的温度达到200℃时，温差电池2采用Bi2Te3基热电材料，测得出口5的水温为85℃，蓄水池7内的水温为46℃，最大输出功率为913W/m2。
实施例2、当热源100内的温度达到750℃时，温差电池2采用FeSi2基热电材料，测得出口5的水温为87℃，蓄水池7内的水温为46℃，最大输出功率为3.25kW/m2。
实施例3、当热源100内的温度达到1000℃时，温差电池2采用SiGe基热电材料，测得出口5的水温为90℃，蓄水池7内的水温为50℃，最大输出功率为22.1kW/m2。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的若干个具体实施例。显然，本实用新型不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种内冷式温差发电热电装置，包括内冷却温差发电主体部分和外循环冷却辅助部分，所述内冷却温差发电主体部分包括与电源输出线(3)相连的温差电池(2)，其特征是所述内冷却温差发电主体部分还包括内含冷却液的冷却腔(1)，所述温差电池(2)与冷却腔(1)的外表面固定相连；所述外循环冷却辅助部分包括内含冷却液的蓄水池(7)、进水管(9)和出水管(4)，所述进水管(9)的一端与蓄水池(7)的底部相连通、另一端与冷却腔(1)的底部相连通，所述出水管(4)的进口与所述冷却腔(1)的顶部相连通，出水管(4)的出口(5)与蓄水池(7)的顶部相连通。
2.根据权利要求1所述的内冷式温差发电热电装置，其特征是所述温差电池(2)的冷端(11)均与冷却腔(1)的外表面相接触，所述蓄水池(7)内冷却液的最高水平面(8)高于温差电池(2)的最高点(10)。
3.根据权利要求2所述的内冷式温差发电热电装置，其特征是所述出水管(4)的出口(5)通过冷却塔(6)后与蓄水池(7)的顶部相连通。
4.根据权利要求2或3所述的内冷式温差发电热电装置，其特征是所述进水管(9)的外表面设置保温耐火层，所述冷却腔(1)的不与冷端(11)相接触的外表面设置保温耐火层(12)。
专利摘要本实用新型公开了一种内冷式温差发电热电装置，包括内冷却温差发电主体部分和外循环冷却辅助部分，内冷却温差发电主体部分包括与电源输出线(3)相连的温差电池(2)、内含冷却液的冷却腔(1)，温差电池(2)与冷却腔(1)的外表面固定相连；外循环冷却辅助部分包括内含冷却液的蓄水池(7)、进水管(9)和出水管(4)，进水管(9)的一端与蓄水池(7)的底部相连通、另一端与冷却腔(1)的底部相连通，出水管(4)的进口与冷却腔(1)的顶部相连通，出水管(4)的出口(5)与蓄水池(7)的顶部相连通。本实用新型的内冷式温差发电热电装置，结构简单、无需动力源就能进行循环冷却，从而能提高输出电量值。
文档编号H01L35/00GK2881966SQ200520116009
公开日2007年3月21日 申请日期2005年10月17日 优先权日2005年10月17日
发明者倪华良, 赵新兵, 朱铁军, 曹高劭, 涂江平 申请人:浙江大学