一种可拆卸式地热原位热伏发电模块及其装配方法

本发明涉及地热原位热伏发电，特别是涉及一种可拆卸式地热原位热伏发电模块及其装配方法。

背景技术：

1、地热能的开发和利用对于调整能源结构、节能减排具有重要的意义。现有地热发电技术通常需要将水灌入地下，以水为介质将热量带到地面后进行后续的发电工作。然而，在水的灌入、抽取等工作中容易发生热污染和地面沉降等问题。有学者提出原位地热发电方式，通过将发电系统直接放置于地下地热能处进行发电工作，去掉一般地热发电中地下热能的提取工作，从而避免地热提取过程中可能发生的问题。

2、针对深部地热能源开发利用提出的深部地热原位发电技术采用温差发电技术，将地下热能直接在地下原位转换为电能。该技术实现了深部地热能源开发时取热而非取水，有效减轻了可能因取水工作而引发的次生灾害问题。尽管该技术具有广阔的应用前景，但要在实际场景中应用，需要建设大规模的发电系统。在大规模系统建设过程中，采用模块化的系统组件可以有效降低组建难度，并提高系统对不同应用场景的适应性。

3、然而，目前采用原位地热发电方式的深部地热原位发电系统功率和效率较低，尚未达到从实验室走向现场的要求。为了实现从实验室到现场的转化，需要对深部地热原位发电系统进行规模化集成，并减小在此过程中造成的损失。为此，可采用新型热电模块，以及改进热源与热管之间的贴合和固定结构。在实验室中建立模块化发电测试装置，利用电加热模拟深部地热，进行相应的实验测试和优化工作探索。

4、图8-图9为一种基于火力发电厂的温差发电器及其系统、测试系统(公开号cn208971414 u)，该温差发电器为正边型结构，火力发电厂废弃剩余水蒸气中热量作为热源由管式结构中通过，火力发电厂冷凝系统作为冷源，所述管式结构的每个边为一个发电单元；所述发电单元包括在管式结构内设置集热器，在管式结构外设置若干温差发电片，所述温差发电片外设置水循环冷却系统，若干温差发电片并联，依次接入电源并联输出电路，所述电源并联输出电路连接稳压电路稳定输出电压，所述水循环冷却系统连接冷源和稳压电路。

5、在上述系统中，通过传热管壁处的凹槽及冷源夹紧固定温差发电片。然而，这种固定方式需要特制的传热管道，这不仅增加了加工难度，还可能影响传热管的强度，造成安全隐患。此外，由于传热管与温差发电片固定槽结合在一起，传热管壁面能够布置的温差发电片数量受到固定槽大小、位置和数量的限制，不利于多样化实验测试。这种发电单元装配方式也不利于实际大规模应用，因此将发电单元模块化可使其更适用于现场应用，根据实际热源情况自由组装适合的原位发电系统。

6、综上所述，需要采用新的发电单元装配方式，实现传热管与发电单元相互独立，以降低传热管加工难度、减小安全隐患，并简化发电单元的固定方法，提高布置的自由度。通过发电单元的模块化实现千瓦级发电量，可以为后续现场应用奠定基础。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种可拆卸式地热原位热伏发电模块及其装配方法，以解决现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种可拆卸式地热原位热伏发电模块，包括：

3、热管，截面设置为正多边形结构；

4、若干热伏发电单元，间隔套设在所述热管上、且串联设置；

5、所述热伏发电单元由若干热伏发电模块组成，且若干所述热伏发电单元与所述热管的边数数量对应；

6、所述热伏发电模块包括：

7、外壳，设置在所述热管一侧、且所述外壳朝向所述热管的一侧为开放端；

8、电加热块，设置在所述外壳内腔远离所述开放端的一侧，用于充当地热源；

9、骨架，与所述外壳的所述开放端外壁相连；

10、热伏发电片，设置在所述外壳内腔靠近所述开放端的一侧，所述热伏发电片位于所述骨架和所述电加热块之间；

11、两卡箍，分别与所述外壳的两端相连，所述卡箍套设在所述热管上，所述卡箍截面设置在正多边形结构、且与所述热管外壁对应设置，其中，两所述卡箍之间相对距离根据所述外壳长度调整。

12、优选的，所述卡箍包括：

13、两半边卡箍，组合成为所述卡箍，所述半边卡箍的两端分别设置有相适配的卡槽和卡块，所述卡槽和所述卡块榫接，所述卡槽和所述卡块上开设有用于通过螺栓连接的孔洞；

14、所述半边卡箍的任一侧面中部均开设有凹槽，且位于所述凹槽两侧的所述半边卡箍外壁上的两端分别开设有螺纹孔。

15、优选的，所述外壳的所述开放端相对于所述外壳两端向外突出，且所述外壳的两端分别开设有与所述螺纹孔相适配的连接孔，所述连接孔与所述螺纹孔通过螺栓连接。

16、优选的，所述外壳的两端外壁上分别开设有出线孔，用于所述电加热块导线伸出，且所述电加热块导线贯穿所述凹槽。

17、优选的，所述外壳的侧壁上开设有若干小孔，用于热电偶通过所述小孔伸入到所述热伏发电片和所述电加热块之间。

18、优选的，所述热电偶将采集的温度信号与温度采集控制系统电性连接。

19、优选的，所述骨架的两侧分别开设有若干限位孔，所述骨架和所述开放端外壁通过所述限位孔用螺栓连接。

20、优选的，所述电加热块与所述外壳内壁之间留有空隙，用于添加保温材料以减少所述电加热块的热量流失。

21、优选的，所述热伏发电片两侧分别设置有导热硅胶片。

22、一种可拆卸式地热原位热伏发电模块的装配方法，包括如下步骤：

23、热伏发电片的两侧安装导热硅胶片；

24、外壳内腔底部填装保温材料；

25、外壳内由外壳内腔底部朝向开放端方向依次放置电加热块和热伏发电片，通过骨架与外壳连接，同步完成热电偶的安装，完成热伏发电模块的组装；

26、在热管上安装若干卡箍，并根据外壳长度调整相邻两卡箍之间的间距；

27、电加热块通电后发热，热电偶将采集的温度信号与温度采集控制系统电性连接，使用pid温控器和可变硅调压模块实现热伏发电模块冷热端温度的精确稳定控制。

28、本发明公开了以下技术效果：

29、（1）热管部分采用正多边形形式使其与热伏发电模块更加贴合，增加传热面积。

30、（2）将热伏发电部分整合为一体化热伏发电单元模块，简化整体装置构成及装置安装。

31、（3）采用卡箍固定的方式使热伏发电单元的布置位置、整体长度更加灵活，安装更换更加便捷。

32、（4）通过热伏发电单元数量的能够增加实现热伏发电部分长度便捷变化。

33、（5）外壳预制多个孔洞便于零部件之间的装配，热伏发电单元整体更加牢固。

34、（6）热伏发电片冷热两面的温度控制使用pid温控器及可变硅调压模块，实现精确稳定控温。

35、（7）通过叠加热伏发电单元的数量增加系统发电总量，从而构建千瓦级发电系统。

36、（8）本方案设计的热伏发电单元除了能够应用在原位地热发电系统中，还可应用于工业余热回收等其他温差发电应用场景之中。