一种防水耐压型温差发电装置的制作方法

本发明涉及海洋温差发电技术领域，具体地说，涉及一种防水耐压型温差发电装置。

背景技术：

在热源热源口原位观测尤其是长期的观测需要持续的电能供应。海底热源热源喷口温度可至400℃，喷口附近的海水温度为4℃，是天然的温差源，利用温差发电片的塞贝克效应实现将热能转化为电能。

在已有的水下温差发电装置中，如公布号为cn103944412a的中国专利文献公开的一种不间断电源的控制方法、装置及不间断电源，其通过热管将热源热源能量传递给温差温差发电片，该种方式采用平面方形温差发电片，平面方形温差发电片不易贴合在环形管道，对热源表面的利用率低。

公布号为cn103003968a的中国专利文献公开的一种管形状的热发电器件，其发电片形状为整体圆环形，电流方向为单向流动，正负电极无法同时由一端引出，需要分别由发电器件的两端引出，如此可能会增加额外的导线引出结构。本发明采用弧形温差发电片结构配合端部一片整环形温差发电片在串联模式下可以实现正负电极在发电装置的一端引出。此外整环形在温差发电片生产加工时易出现开裂问题，本发明采用的弧形温差发电片安装方便，可以更好的释放成形时温差发电片内部应力，提高温差发电片耐压能力，其次圆形发电片在组装时与绝缘涂层间会产生配合间隙，降低传热效率。在装配上，环形温差发电片需要穿过圆形热源通道，由于安装的需要，在环形温差发电片与圆形热源通道之间存在配合间隙，由此导致环形发电片与热源之间热传导效率低，装配连接难度大，不易实现。整体圆环形结构下温差发电片之间连接为串联模式，本发明采用的弧形温差发电片可以方便的改变温差发电片之间连接方式，从而可以方便的获得串联和并联两种模式，从而获得对应的高电压或高电流模式，对负载的适应能力更强。

公布号为cn102047457a的中国专利文献公开的一种热发电元件和热发电器件，其发电片形状为弧状异形温差发电片，温差发电片加工成型工艺复杂，且温差发电片之间的接触面较难实现贴合。

技术实现要素：

本发明的目的为提供一种防水耐压型温差发电装置，采用热管捕获热源热源口热能，通过热传导的方式将热能传递到温差发电单元热端发电，同时利用外侧低温海水对温差发电单元的冷端进行冷却，实现温差发电。

为了实现上述目的，本发明提供的防水耐压型温差发电装置包括圆柱形的热源通道和设置在热源通道，用以提供热源；和设置在热源通道外壁上的温差发电模组，热源通道连接到热源热源出口，温差发电模组包括：

相对设置的至少一组弧形发电组件，弧形发电组件包括串联的p型温差发电片和n型温差发电片，p型温差发电片和n型温差发电片为与热源通道的外壁相贴合的圆弧形；p型温差发电片与n型温差发电片之间设有第一绝缘片，并设有将p型温差发电片与n型温差发电片的冷端连通的第一导电片。

上述技术方案中，温差发电模组可由多组发电组件叠加构成。发电片为弧形结构，能够充分利用热接触面积，实现与热管及腔体表面的良好接触。且弧形温差发电片更容易与传热表面贴合，增大热接触面积，提高对热源能量的利用率。

作为优选，相邻的弧形发电组件之间设有第二绝缘片，并设有将p型温差发电片与n型温差发电片的热端连通的第二导电片。第一导电片与第二导电片将所有弧形发电组件连通为s形的通路。

为了适应发电片的形状，作为优选，第一绝缘片、第一导电片、第二绝缘片以及第二导电片均为与温差发电片形状相同的圆弧形。

由于第一绝缘片和第二绝缘片的整个片体结构会在热端与冷端之间形成一个不经过温差发电片的热通道，热量直接通过绝缘片由热端流向冷端，会降低发电效率，作为优选，第一绝缘片和第二绝缘片包括圆弧形的两片，两片之间形成绝缘通道。提高了发电效率。

为了将相对设置的弧形发电组件进行连通，作为优选，温差发电模组还包括将相对设置的弧形发电组件进行电连接的弧形导电片，环形导电片设置在最底层一组弧形发电组件的底部。

作为优选，温差发电模组还包括用于容置弧形发电组件的密封腔体，密封腔体的外壁上设有散热翅片。密封腔体中装满温差发电模组，温差发电模组之间的部件不存在缝隙，具有抗压能力，可以应用在有压力存在的温差源。通过热传导方式将温差发电片冷端热量传递到外侧，实现温差发电片冷端的冷却。从而使温差发电片的冷热端保持恒定的温差，热电材料在温差效应下将热能转化为电能。温差发电模组的数量便于调整，针对不同应用场合可以方便实现发电功率的调整。

作为优选，密封腔体上设有用于连接外部通电设备的水密接头，弧形发电组件的正负极通过导线连通至水密接头内。

作为优选，热源通道外壁上设有绝缘涂层。

作为优选，相对设置的一组弧形发电组件包括两个弧形发电组件，其中一个的p型温差发电片与另一个的n型温差发电片相对。使得装置的相对弧形发电组件分别为正极和负极。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明的防水耐压型温差发电装置采用弧形温差发电片结构，充分利用弧形温差发电片接触面积大的特点实现对热源能量的高效转换。在装置径向尺寸不变的情况下，通过增加密封腔的深度尺寸以及温差发电片的数量实现发电功率的改变。该装置的热电组件之间连接紧密，具有承压能力，适用于热源带有压力的环境。

通过改变热源通道两侧p，n片的排列及连接方式可以实现热源通道两侧发电片的并联与串联，可分别获得高电压输出与高电流输出。

弧形温差发电片装配上可直接贴合圆形热源通道，安装方便，易于实现接触面间的紧密贴合，从而提高热传导效率。

附图说明

图1为本发明实施例的防水耐压型温差发电装置的剖面图；

图2(a)为本发明实施例的弧形发电组件的爆炸图；图2(b)为本发明实施例的弧形发电组件的组合示意图；

图3(a)为本发明实施例的弧形发电组件的串联模式示意图；图3(b)为本发明实施例的弧形发电组件的并联模式示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。

实施例

参见图1至图3，本实施例的防水耐压型温差发电装置包括圆柱形的热源通道1和设置在热源通道1外壁上的温差发电模组。

其中，热源通道1连接到热源热源出口。温差发电模组包括密封腔体5和相对设置在密封腔体5内的至少一组弧形发电组件，弧形发电组件包括放置于密封腔体5内的p型温差发电片12、n型温差发电片11、第一导电片8、第二导电片13、第一绝缘片10和第二绝缘片9。第一绝缘片10和第二绝缘片9包括圆弧形的两片，两片之间形成绝缘通道。

将多个温差发电片安装于热源通道1与密封腔体5形成的环形空间中，通过真空热压的方式使其形成一个整体，实现温差发电片与热源通道1，密封腔5的充分接触。真空热压完成后，将上密封端盖15和下密封端盖6用螺栓14连接至密封腔体5上，并同时压紧内部的温差发电片。密封腔体5外侧安装有散热翅片16，可以将发电片热端的热量及时传导至腔体外侧的冷源，保证发电片冷热两端的温差。上密封端盖15通过螺栓14与密封腔体5连接，上密封端盖15将密封腔5内的多个温差发电片沿轴向方向压紧。左右两侧的温差发电片通过最下方的环形导电片7连接导通。温差发电片产生的电能通过导线4经水密接头3引出至用电设备。

如图3所示，图内箭头方向代表电流方向。通过改变热源通道两侧温差发电片组的连接方式，可以获得两侧发电模组的串联与并联两种方式。在图3(a)连接方式下，在同一平面上分别布置p型温差发电片与n型温差发电片，热源通道两侧温差发电片为串联模式，可以获得相对高电压输出；在图3(b)连接方式下,在同一平面上布置相同类型的温差发电片，热源通道两侧温差发电片为并联模式，可以获得相对高电流输出。

本实施例的一种防水耐压型温差发电模组的制作过程为：首先在室温下通过冷压法得到p型及n型温差发电片，然后将弧形发电组件的各元件安装于热源通道上，采用真空热压法对装置进行加热加压烧结，使得温差发电片与热源通道、密封腔体的表面充分接触，形成一个整体。通过将对发电装置热源通道通以热源，热量传递到温差发电片冷端，冷端与密封腔内壁接触，密封腔外侧安装有散热翅片，通过热传导方式将温差发电片冷端热量传递到外侧，实现温差发电片冷端的冷却。从而使温差发电片的冷热端保持恒定的温差，热电材料在温差效应下将热能转化为电能。