专利名称：一种大气温差发电装置的制作方法
技术领域：
本发明属于机电装置技术领域，特别涉及大气温差发电装置，可利用大气随时间变化的温差从大气中吸收能量进行发电。
背景技术：
大气温度随时间的起伏变化本质上表征了能量的转移和流动，其能量具有无处不在以及连续输出的特点。由大气温度变化引起的温差作用于热-电换能器便可获得电能输出，可作为环境能量搜集的ー个来源。对于沙漠、山区等无法通过架设电缆线供电的场合， 可以“就地取材”，直接从大气中吸收能量为电子设备提供电力。目前，已经得到应用的温差发电机主要为海洋温差发电机和大气温差发电机，其工作原理基本相同，都是利用不同深度海水或不同高度大气之间的温差推动汽轮发电机转动发电。如图1所示，现有的ー种温差发电机结构包括带有保温层的储能箱106，箱内设置内置換热片102，内置換热片102连接汽轮发电机汽轮室104，汽轮室另一端连接外置換热片101。外置換热片101和内置換热片102内装有沸点较低的液体，当气温与储能箱106之间有温差吋，两换热片之间产生压力差，高温端换热片中液体沸腾，蒸汽通过导管103推动汽轮发电机107发电。蒸汽做功后从汽室另一端进入低温换热片，凝结成液体并将剩余热能传给低温端。由于大气温度随时间和天气不断变化，因此储能箱温度很难与大气温度保持平衡，原则上大部分时间均可发电，只有短暂的间歇时间，这种装置存在以下缺点1、能量的流动和转化过程可以概括为先由温差能转化为机械能，再由机械能转化为电能的两级过程，相比由温差能直接转化为电能的一级过程效率低。2、只有当大气温度高于换热片内液体的沸点吋，液体才能够吸热蒸发，推动汽轮发电机发电，反之无电能输出，因此，将有相当一部分低温、余热能量得不到利用，导致电能输出不连续且热利用率低。3、由于包含汽轮等气动部件，长期运转容易导致零部件之间的磨损，此外由于换热片内的低沸点液体通常具有一定的腐蚀性，长期运作将加剧装置多个零部件的磨损，导致长期工作稳定性差。4、外置換热片、内置換热片、导管及汽轮室等各零部件之间的接驳环节较多且接 ロ复杂，难以保证良好的气密性以维持正常工作，装置的安装和后期维护困难。5、装置体积庞大笨重，要求安装场地空旷平坦且占据空间大，因此实际应用受到场地限制。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有装置的不足，提出ー种结构简单、易于装配与维护的大气温差发电装置，以避开机械能转化环节，将大气温差能直接转化为电能输出，提高装置的整机发电效率；同时，更加充分的利用低温、余热能量，提高装置的热利用率及电能输出的连续性。
为实现上述目的技术原理是利用液体储热エ质与大气进行热量交換的过程中， 热量总收支的基本平衡，在内置換热片上获得平均大气温度，作为温差发电片的冷端參考温度；在外置換热片上获得大气温度，作为温差发电片的热端温度，从而在温差发电片的两端形成随时间变化的温差，由温差发电片转化为电能输出，整个装置包括储热箱201、保温层202、外置換热片204、内置換热片206和液体储热エ质203，其特征在于外置換热片 204，采用平板式金属散热器，水平固定于储热箱201的外顶面；内置換热片206，采用条棒式金属散热器，竖直固定于储热箱201的内部，上端面由储热箱201顶面的中心孔伸出；液体储热エ质203，盛装于储热箱201中，在与大气持续交換热量的过程中得到平均气温；所述的外置換热片204与内置換热片206之间安装有半导体温差发电片205，三者共同构成了液体储热エ质203与大气之间的热量交換通路，该半导体温差发电片205的上、下两个端面分別与外、内置換热片的下、上端面紧密接触，将来自外置換热片204的大气温度与来自内置換热片206的平均气温之间的温差转换为正比于该温差的输出电压。上述大气温差发电装置，其中所述平板式金属散热器的上端面为条形散热肋片， 下端面为平面，形成梳子形结构；该平板式金属散热器的下端面与半导体温差发电片205 的上端面紧密接触，上端面的散热肋片与空气充分接触以交換热量，使温度与大气的温度保持一致。上述大气温差发电装置，其中所述条棒式金属散热器的上、下两个端面均为平面， 柱面为环形散热肋片，形成回旋形结构；该条棒式金属散热器的上端面与半导体温差发电片205的下端面紧密接触，且柱面的散热肋片与液体储热エ质203充分接触以交換热量，使温度与液体储热エ质203的温度保持一致。上述大气温差发电装置，其中所述半导体温差发电片205与外置換热片204及内置換热片206的接触面均涂敷有导热硅酷，以降低接触热阻。上述大气温差发电装置，其中所述保温层202采用聚氨脂发泡剂或挤塑聚苯乙烯保温板，在储热箱201外表面形成厚度均勻的隔热保温层，增强储热箱201的储热能力。上述大气温差发电装置，其中所述储热箱201的内胆由镀镉不锈钢或镀银玻璃镜組成，以有效降低热辐射，进ー步增强储热箱201的储热能力。本发明与现有的大气温差发电装置相比，具有以下优点1、采用半导体温差发电片作为热电换能元件，将温差能直接转化为电能，避开了机械能转化环节，提高了温差发电效率。2、半导体温差发电片无最低发电温差限制，充分利用低温差部分能量发电，提高了电能输出连续性及热利用率。3、由于装置中无机械活动部件，工作时无噪声，并有效避免了因机械磨损而造成的潜在故障，提高了长期工作的稳定性。4、由于装置的结构简单，且所包含的零部件规格及配合要求低，降低了安装、调试及维护的难度。5、由于装置的结构紧凑，小巧轻便，便于运输，不限制安装现场条件，如地面、屋顶、山区、海面等位置均可安装使用，拓宽了应用范围。针对本发明的大气温差发电装置进行现场实验，实验时间选择6月份，气温波动较明显，平均气温约为20°C ；实验地点选择某市区楼房三楼楼顶，自然通风且避免阳光直射；实验持续20天，分析记录数据得到，该大气温差发电装置的输出电压范围为_300mV +300mV，平均输出功率为1. 13mW，实验证明，该大气温差发电装置的输出功率足够为ー个典型低功耗电子设备长期供电。下面结合附图对本发明作进ー步说明
附图1是现有的一种大气温差发电机结构示意图；附图2是本发明大气温差发电装置结构示意图。
具体实施例方式參照附图2，本发明的大气温差发电装置，由储热箱201、保温层202、外置換热片 204、半导体温差发电片205和内置換热片206組成，其中外置換热片204，可采用铝质或铜质金属散热器，本实例采用平板式铝质散热器， 面积为40 X 40cm2，高度为5cm，水平固定于储热箱201的外顶面，该外置換热片204为梳子形结构，下端面为平面，并与半导体温差发电片205的上端面紧密接触，上端面为条形散热肋片，并与大气充分接触，该外置換热片204的温度与大气温度一致；内置換热片206，可采用铝质或铜质金属散热器，本实例采用条棒式铝质散热器， 直径为6cm，长度为30cm，竖直固定于储热箱201的内部，该内置換热片206为回旋形结构， 两个端面均为平面，上端面由储热箱201顶面的中心孔伸出，并与半导体温差发电片205 的下端面接触，柱面为环形散热肋片，与液体储热エ质203充分接触，温度与液体储热エ质 203温度一致；半导体温差发电片205，采用热电系数约为35mV/°C，内阻约为3 Ω的高效率温差电模块，外形尺寸为40mmX40mmX4mm，该半导体温差发电片205的上端面与外置換热片 204的下端面紧密接触；下端面与内置換热片206的上端面紧密接触，在半导体温差发电片 205与外置換热片204及内置換热片206的两个接触面均涂有导热硅酷，以降低传热热阻， 三者共同构成了液体储热エ质203与大气之间的热量交換通路；该半导体温差发电片205 将动态气温与平均气温之间的动态温差转换为正比于该动态温差的电压并输出；液体储热エ质203为水，盛装于储热箱201中，该内置換热片206的温度与平均气温一致，通过添加适量防冻液以防结冰，保证在冬季低气温地区正常工作；储热箱201的内胆可由镀镉不锈钢或镀银玻璃镜组成，本实例采用厚度为5mm的镀银玻璃镜正方体结构，容积为27升，顶面中心位置开8cm直径圆形通孔，用于加注液体储热エ质203以及安装内置換热片206。保温层202，采用聚氨脂发泡剂或挤塑聚苯乙烯保温板构成，本实例采用挤塑聚苯乙烯保温板，厚度为5cm，吸水率低于0. 5%，导热系数低于0. 04ff/m · k，贴装于储热箱201 的所有外表面，形成厚度均勻的隔热保温层，用于增强储热箱201的储热能力。该大气温差发电装置的工作原理如下液体储热エ质203通过由外置換热片204、半导体温差发电片205及内置換热片 206所构成的通路与大气进行热量交換，使液体储热エ质203的温度随气温波动而缓慢变化，并经过热量的长期积累和抵消作用，最终趋于平均气温，至此，在储热箱201内、外自动建立起动态气温与平均气温之间的动态温差，该动态温差分别经由外置換热片204和内置换热片206送入半导体温差发电片205的两端，进而转换为正比于动态温差的电压并输出， 实现将大气温差能转换为电能的过程。 该实施例仅是对本发明的參考说明，并不构成对本发明内容的任何限制。
权利要求
1.一种大气温差发电装置，包括储热箱001)、保温层002)、外置換热片004)、内置换热片(206)和液体储热エ质003)，其特征在于外置換热片004)，采用平板式金属散热器，水平固定于储热箱O01)的外顶面；内置換热片006)，采用条棒式金属散热器，竖直固定于储热箱O01)的内部，上端面由储热箱O01)顶面的中心孔伸出；液体储热エ质003)，盛装于储热箱O01)中，在与大气持续交換热量的过程中得到平均气温；所述的外置換热片(204)与内置換热片(206)之间安装有半导体温差发电片005)，该半导体温差发电片(20 的上、下两个端面分別与外、内置換热片的下、上端面紧密接触， 三者共同构成了液体储热エ质203与大气之间的热量交換通路，将来自外置換热片(204) 的动态气温与来自内置換热片(206)的平均气温之间的动态温差转换为正比于该动态温差的电压并输出。
2.根据权利要求1所述的大气温差发电装置，其特征在干，平板式金属散热器的上端面为条形散热肋片，下端面为平面，形成梳子形结构。
3.根据权利要求1所述的大气温差发电装置，其特征在于，条棒式金属散热器的上、下两个端面均为平面，柱面为环形散热肋片，形成回旋形结构。
4.根据权利要求2所述的大气温差发电装置，其特征在干，平板式金属散热器的下端面与半导体温差发电片(20 的上端面紧密接触，上端面的散热肋片与空气充分接触以交换热量，使温度与大气的温度保持一致。
5.根据权利要求3所述的大气温差发电装置，其特征在干，条棒式金属散热器的上端面与半导体温差发电片(20 的下端面紧密接触，且柱面的散热肋片与液体储热エ质 (203)充分接触以交換热量，使温度与液体储热エ质O03)的温度保持一致。
6.根据权利要求1所述的大气温差发电装置，其特征在干，半导体温差发电片(205)与外置換热片(204)及内置換热片(206)的接触面均涂敷有导热硅酷，以降低接触热阻。
7.根据权利要求1所述的大气温差发电装置，其特征在干，保温层(20 采用聚氨脂发泡剂或挤塑聚苯乙烯保温板，在储热箱(201)外表面形成厚度均勻的隔热保温层，增强储热箱O01)的储热能力。
8.根据权利要求1所述的大气温差发电装置，其特征在干，储热箱(201)的内胆由镀镉不锈钢或镀银玻璃镜组成，以有效降低热辐射，进ー步增强储热箱O01)的储热能力。
全文摘要
本发明公开了一种大气温差发电装置，主要解决现有装置效率及热利用率低，稳定性差等问题，该装置包括带有保温层(202)的储热箱(201)，外置换热片(204)、内置换热片(206)及两者之间安装的半导体温差发电片(205)，储热箱(201)内装有温度随气温波动而缓慢变化的液体储热工质(203)，经过热量的长期积累和抵消后液体储热工质(203)的温度趋于平均气温，在储热箱(201)内、外形成动态气温与平均气温之间的动态温差，并经由外置换热片(204)及内置换热片(206)送入半导体温差发电片(205)的两端，进而转换为与动态温差成正比的电压并输出。本发明具有效率及热利用率高，电能输出连续的特点，可对分布式无线传感器节点等低功耗电子设备长期供电。
文档编号H01L35/00GK102545715SQ201210007429
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月11日 优先权日2012年1月11日
发明者刘彦明, 李小平, 谢楷, 郭世忠, 黎剑兵 申请人:西安电子科技大学