专利名称：一种冷能温差发电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种冷能温差发电装置，具体属低温冷能回收技术领域。
背景技术：
气体产品作为现代工业重要的基础原料，应用范围十分广泛，在冶金、钢铁、石油、化工、机械、电子、玻璃、陶瓷、建材、建筑、食品加工、医药医疗等部门，均使用大量。因为气体产品的应用覆盖面大，一般将气体的生产和供应与供电、供水一样，作为工业投资环境的基础设施，被视为国民经济“命脉”而列为公用事业行业。为了便于大量的储存和输运，通常将气体进行液化，变成液化气体以提高运输和储存的效率。使用时，再将液化气体如LNG、液氮、液氧、液体二氧化碳、液氨等转化为常温气体，这个过程中大量的可用冷能释放出来，目前这部分冷能的大部分没有得到有效的利用，浪费了大量的宝贵资源。以LNG为例:目前世界上的LNG冷能利用项目大都是单一用户，极少有多用户集成的项目，迄今仅有约20%LNG的冷能被利用；冷能利用量仅占LNG冷能总量的8%左右。在现在的利用技术中，除空分利用的温位在-145 _75°C外，其他用户用冷温位大都与LNG气化的冷能温度分布不匹配，即“高质低用”，过程可用能损失大。目前对LNG所具有的冷能加以利用的方法主要有:直接利用(冷能发电、空气分离、冷冻等)和间接利用(低温粉碎、废水和污染物处理等)。应用较多的是利用LNG冷能发电，相关技术也较为成熟。其优势主要有4个方面:一是有利于优化和调整电源结构；二是有利于缓解环境保护的压力；三是可提高发电的能源利用效率；四是可减轻电网输电和电网建设的压力。但目前的冷能发电其实质只是冷能的低品位利用。预计到本世纪中叶，若以中国消耗天然气5000*108m3/a，其中进口 LNG1000*108m3/a计(相当于日本目前的进口量)，可用冷能折合电能为257*108kWh/a，相当于一个600*104kW电站的年发电量。因此如何使LNG冷能利用实现技术、管理机制、市场运作等各方面的突破，力争使LNG冷能的利用率达到70%以上，有效能利用率争取达到40%，居于世界前列，在取得巨大的节能和经济效益同时，推动包括空分、煤富氧气化在内的大型冷能产业链的快速发展，以期为我国全面实现循环型经济和节约型经济做出贡献，值得深入思考。同时，中国经济的快速发展和模式转型决定了大规模利用LNG冷能的绝对必要性，并提供了宏大的冷能用户市场。大型LNG接收站的冷能，首先要瞄准大空分、煤气化、轻烃分离等大规模市场。传统的冷能产业也需要在循环经济模式下，集成利用。应当指出，除了大型LNG接收站以外，中国还将有几百个小型罐箱运输的LNG卫星气化站，以及遍布全国的高压天然气管网分输到各个终端用户的中低压管网时利用压力差的能量，通过膨胀机或气波制冷获得的冷能。这些都是宝贵的能源和财富，冷能总量不小于大型LNG接收站，应当统筹规划、充分利用。LNG冷能迄今没有实现大规模综合利用，在技术上的症结主要是LNG气化操作和下游用户对冷能的利用在时间和空间上的不同步。时间不同步是由于接收站负荷必须根据下游需求而变化，主要有季节性和昼夜性两类波动；而冷能用户对冷能负荷的需求随生产过程、市场需求而变化。两者的规律完全不同，基本上是不同步的。空间不同步是由于接收站只需考虑码头、LNG储罐、气化设施等即可，占地面积并不大；可是冷能利用的下游用户，无论是空分、轻烃分离，还是废轮胎低温粉碎、干冰、冷库等，占地面积都较大，即使尽量靠近接收站布置，冷能运输距离也通常会超过1km。这就产生了两个问题:一是安全和负荷调节等因数决定LNG气化操作必须由接收站绝对掌握，不可能分散给远距离、多个冷能用户去进行；二是如此低温冷能长距离运输会造成较大冷损、冷能降质，经济效益降低。如果不能解决这两个问题，大规模LNG冷能的综合、充分利用是不可能的。其他液化气体产品也有跟LNG类似的问题。1821年，德国科学家塞贝克(Seebeck)第一个发现了温差电现象，即在由两种不同的导体组成的开路中，如果导体的两个结点存在温度差，开路中将产生电动势Etl,这就是塞贝克效应。由塞贝克效应所产生的电动势称温差电动势。之所以称为温差电，是因为后来人们认识到指南针的偏转是由于温差使回路产生电流而引起的。约12年后，法国的帕尔帖(Peltier)发现电流流过两种不同导体的界面时，将从外界得到或放出热量，这就是帕尔帖效应。由帕尔帖效应产生的热流量称帕尔帖热。但他没有意识到他的发现的本质以及与塞贝克效应之间的关系。直到1838年，帕尔帖现象的本质才由楞次给予了正确的解释。1855年，汤姆逊发现并建立了塞贝克效应与帕尔帖效应的关系，并预言了第三种温差电现象，即汤姆逊效应的存在；后来他又从实验上证明了这种效应。汤姆逊关系的发现对后来的温差电学和热力学发展起了极大的推动作用。1947年泰克斯研制成功第一台温差发电器，但发电效率仅为1.5%。之后军事、航天领域电源的需要推动了温差发电器的迅速发展。1949年原苏联的约飞提出了关于半导体温差电的理论，同时在实际应用方面做了许多工作，1953年研制出温差电家用冰箱样机，并与1956年出版了《半导体热电元件与热电制冷》一书，可以认为是温差电转换效应实用化电器产品的开端，此后的发展十分迅速。但与其它半导体器件的发展相比，却是缓慢的。影响温差电转换功率应用的最大制约因数是它们的转换效率太低，难以与传统的功率转换器相比，研究一度进入低潮。然而，1959年齐纳博士预言温差电材料能够实现类似于氟利昂压缩式制冷或涡轮发电机那样的性能，这无疑给温差电器件的产业化注入了强心剂、兴奋剂。60年代初期，一下子就出现了上百家专业工厂，也大大激发了科学家们为寻求更高优值材料而在基础理论和新材料探索方面的热情。人们对以碲化铋(Bi2Te3)为基础的膺二元、膺三元合金系进行了深入的研究。尽管如此，数十年来材料性能的提高却十分缓慢。相比而言，器件的制备工艺则日趋完善，产品形成标准化、系列化，生产形成规模化。但是作为一类固体换能器件，它的优点又是无可比拟的，随着应用领域的不断拓展和水平的提高，日趋成熟的各类温差电器件的优点得到更多的重视，在众多的领域中得到应用。这些特点包括无运动部件、无噪声、容易微型化、易于控制、可靠性高、寿命长等，可靠性高是其主要优点，通常设计中无需采用其他形式的传热工质，因此就避免了诸如振动、压力、密封系统等许多设备制造中常碰到的问题。在许多不是以能量转换效率为主要考虑因数的应用场合，温差电具有不可取代的优点。在保护环境呼声日高的今天，温差电转换器件又因其不污染环境、可利用废热和可再生能源的潜力而进一步得到重视。上世纪末，蓬勃发展的超导转变温度在液氮温度以上的高温超导材料及其应用堪称为最重大的科技成果，为适应这一未来应用前景十分广阔的对低温条件的需求，温差电制冷也把获得这样的低温作为一项重要内容。这一努力包括进一步选择可能的材料。令人遗憾的是齐纳的预言至今未能实现。而且到目前为止，还难以确定能否实现，也就是说，单纯从能量转换效率的角度来看，温差电还不能与传统的模式相比拟。之所以未能取得重大突破，其根本原因是没有正确的制冷理论指导、未意识到温差电转换装置真正适宜的高效率的应用领域是低于环境温度的低温领域，即冷能的冷电转换领域，且未能找到冷能发电的高效模式。如能有效解决上述问题，温差电材料完全能够实现类似于氟利昂压缩式制冷或涡轮发电机那样的性能，实现齐纳博士的预言，本发明即是对上述问题的理论和实践的探索。传统制冷理论的主要基础是热力学，即采用同温差的卡诺逆循环分析制冷循环过程，制冷循环的经济性指标是制冷系数，就是得到的收益和耗费的代价之比值，并且以大气环境温度Ttl与温度为Tc低温热源(如冷库)之间的一切制冷循环，以逆向卡诺循环的制冷系数为最1 :
权利要求
1.一种冷能温差发电装置，该装置包括冷能温差发电装置及回冷装置，其特征在于: 从液化气体贮罐(I)出来的液化气体(2)，经液压泵(3)或节流阀(3-1)送入冷能温差发电装置(4)，通过温差电偶组(4-1)将冷量回收通道(4-2)中液化气体(2)释放出的冷量转换成电能，未转化的冷能传递给回冷管线(7)送来的温度较高的气体，释放出冷量、温度升高的气体经供气管线(5)送至气体使用系统(6);从供气管线(5)引出的气体经回冷管线(7)、压气机(8)增压升温后，作为回冷工质进入冷能温差发电装置(4)的回冷通道(4-3)，经冷能温差发电装置(4)形成液化气体或气体，返回液化气体贮罐(I)或冷能温差发电装置进口管线(3-2);温差电偶组(4-1)产生的直流电经直流电转换及输出装置(4-4)输出，从而实现液化气体冷能的高效回收利用； 或从液化气体贮罐(I)出来的液化气体(2)，经液压泵(3)或节流阀(3-1)送入冷能温差发电装置(4)的冷量回收通道(4-2)将冷量通过温差电偶组(4-1)转换成电能，未转换的冷量传递给返流管线(10)送来的温度较高的气体，释放出冷量、温度升高的气体经供气管线(5)送至气体使用系统(6);从气体使用系统(6)出来的气体经返流管线(9)、压气机(8)进入冷能温差发电装置⑷的回冷通道(4-3)，经冷能温差发电装置⑷形成液化气体或气体，返回液化气体贮罐(I)或冷能温差发电装置进口管线(3-2);温差电偶组产生的直流电经直流电转换及输出装置(4-4)输出，从而实现外供液化气体冷能的高效回收利用。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于: 设有调温器(10):从液化气体贮罐(I)出来的液化气体(2)，经液压泵(3)增压后送入冷能温差发电装置(4)的冷量回收通道(4-2)，通过温差电偶组(4-1)将冷量转换成电能，未转换的冷量传递给返流管线(9)送来的温度较高的气体，释放出冷量、温度升高的气体经供气管线(5)送至气体使用系统(6);从气体使用系统(6)出来的气体经返流管线(9)、调温器(10)、压气机(8)进入 冷能温差发电装置(4)的回冷通道(4-3)，经冷能温差发电装置(4)形成液化气体，返回液化气体贮罐(I);温差电偶组产生的直流电经直流电转换及输出装置(4-4)输出，从而实现外供液化气体冷能的高效回收利用。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于: 设有冷凝蒸发器(11):从液化气体贮罐(I)出来的液化气体(2)，经液压泵(3)、冷凝蒸发器(11)送入冷能温差发电装置(4)，通过冷量回收通道(4-2)将冷量通过温差电偶组(4-1)转换成电能，未转换的冷量传递给回冷管线(7)送来的温度较高的气体，释放出冷量、温度升高的气体经供气管线(5)送至气体使用系统(6);从供气管线(5)引出的气体经回冷管线(7)、压气机(8)增压升温后作为回冷工质进入冷能温差发电装置(4)的回冷通道(4-3)，回收冷量、降低温度，并经冷能温差发电装置(4)、冷凝蒸发器(11)形成液化气体，返回液化气体贮罐⑴；温差电偶组产生的直流电经直流电转换及输出装置(4-4)输出，从而实现外供液化气体冷能的高效回收利用； 或从液化气体贮罐(I)出来的液化气体(2)，经液压泵(3)、冷凝蒸发器(11)送入冷能温差发电装置(4)的冷量回收通道(4-2)将冷量通过温差电偶组(4-1)转换成电能，未转换的冷量传递给返流管线(9)送来的温度较高的气体，释放出冷量、温度升高的气体经供气管线(5)送至气体使用系统(6);从气体使用系统(6)出来的气体经返流管线(9)、或和调温器(10)、压气机(8)进入冷能温差发电装置(4)的回冷通道(4-3)，回收冷量、降低温度，并经冷能温差发电装置(4)、冷凝蒸发器(11)形成液化气体，返回液化气体贮罐(I);温差电偶组产生的直流电经直流电转换及输出装置(4-4)输出，从而实现外供液化气体冷能的高效回收利用。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于: 设有节流阀(12):从供气管线(5)引出的回冷流体经回冷管线(7)、压气机(8)、或和冷凝蒸发器(11)增压升温后作为回冷工质进入冷能温差发电装置(4)的回冷通道(4-3)，经冷能温差发电装置(4)形成液化气体，通过节流阀(12)返回液化气体贮罐(I);温差电偶组(4-1)产生的直流电经直流电转换及输出装置(4-4)输出，从而实现外供液化气体冷能的高效回收利用；或从气体使用系统(6)出来的气体经返流管线(9)、或和调温器(10)、压气机⑶进入冷能温差发电装置⑷的回冷通道(4-3)，经冷能温差发电装置⑷形成液化气体，通过节流阀(12)返回液化气体贮罐(I);温差电偶组产生的直流电经直流电转换及输出装置(4-4)输出，从而实现外供液化气体冷能的高效回收利用。
5.根据权利要求1至4之一所述的装置，其特征在于: 所述的冷能温差发电装置包括温差电偶组(4-1)、冷量回收通道(4-2)、回路通道(4-3)及直流电转换及输出装置(4-4)。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于: 所述的温差电偶组(4-1)采用一组或多组串联、并联或串并联方式进行连接；每组温差电偶有多级温差电偶，采用串联、并联或串并联的连接型式。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于: 所述的冷能温差发电装置可设置一个或多个，采用串联、并联方式或混联方式进行连接。
8.根据权利要求1至4之一所述的装置，其特征在于: 所述的冷能温差发电装 置可设置一个或多个，采用串联、并联方式或混联方式进行连接。
全文摘要
本发明涉及一种冷能温差发电装置，温差发电装置采用小温差的温差电偶组合，使温差电偶的负荷轻、效率高，使用寿命大为延长，且无需采用传统温差发电器中的空气散热器或循环冷却水系统，流程设置更加简洁，结合回冷循环技术高效回收液化气体的冷能用于发电，冷量的有效能即冷量涟利用率可达35%以上，设备的维修工作量较传统的温差发电器有较大程度的降低，经济、社会、环保效益十分显著，是对传统冷能回收技术的突破。
文档编号H02N11/00GK103151967SQ20131003004
公开日2013年6月12日 申请日期2013年1月27日 优先权日2013年1月27日
发明者王海波 申请人:南京瑞柯徕姆环保科技有限公司