高效快速单向传热温差发电系统及方法与流程

本发明涉及一种高效快速单向传热温差发电系统及方法，特别是温差发电技术冷端高效散热的方法，属于传热领域。

背景技术：

温差发电是一种新型的发电方式，转换过程中不需要机械运动部件，不需要福加德驱动系统，结构紧凑，没有震动或噪声，安全无污染。但是也存在不可忽视的缺陷，在发电过程中温差能利用的最大困难是温差太小，能量密度太低。所以温差能转换的关键是强化传热传质技术。

温差发电技术的一个关键之处在于冷端如何保持稳定且较低的温度（热端温度相对稳定），从而在温差发电元件两端维持一定时间内相对稳定的较大温差进行发电。冷端的散热方式有流体的自然对流、风冷强迫对流以及水冷等方式，而流体的自然对流一般在较为封闭的狭小空间内是无法保证散热效果的，因此不能维持一段时间的较大温差；风冷强迫对流尽管散热效果优于自然对流散热方式，但是在狭小空间内风扇的布置较为困难，以及风扇自身的电能消耗都是潜在的缺点；而水冷散热的方式，如果冷端用泵连接液体箱形成强力循环，这种散热效果尽管极好，但是泵是极大消耗电能的，且有些温差发电场合条件并不允许这种开式的循环存在；如果冷端不进行液体循环，仅用一个液体箱置于温差发电元件的下方作为冷源，只有与温差发电元件接触的液体箱上部液体被迅速加热升温，换热效果不佳，导致散热效果不好，发电效果不理想，而且液体箱只有足够大才有作为冷源的意义，否则温差发电元件冷热端很快就没有温差存在，但液体箱尺寸太大，其适用性也不强。

技术实现要素：

本发明的目的在于为了克服上述现有技术的不足，提供一种高效快速单向传热温差发电系统及方法。

一种高效快速单向传热温差发电系统，其特征在于：由下向上依次包括热源、温差发电元件、液体箱；其中液体箱内充满液体工质，液体箱的底部布置有一块导热板；上述液体箱底部和导热板被上下挖空，使得热源通过液体箱（5）底部被挖空部分与导热板底部直接接触，又通过导热板被挖空部分与液体箱（5）内的液体工质直接接触。

所述高效快速单向传热温差发电系统的发电方法，其特征在于包括以下过程：上述温差发电元件的热端紧贴热源吸收热量，另一端作为温差发电元件的冷端，通过紧贴中间部分挖空的液体箱底部及导热板，与液体箱内的液体工质直接接触换热；液体工质吸收温差发电元件冷端的热量以保持冷端相对较低的温度，从而保证温差发电元件冷热端的温差进行发电；由于导热板中心挖空部分围成的液体域与温差发电元件的冷端直接接触吸热，因此此处的液体域的温度高于其上方液体箱中液体工质的温度，温度不同的液体工质由于密度差进行流动，受热的液体工质上升，冷态的液体工质下降到温差发电元件冷端表面继续吸热，如此循环，形成自然对流。

上述导热板侧边可以开有孔或槽；此时导热板中心挖空部分围成的液体域温度高于其上方液体箱中液体工质的温度，此部分液体工质通过导热板侧面所开的孔或槽进入导热板外围，而液体箱内上方冷态的液体工质沿中心挖空部分自然下降到温差发电元件冷端表面继续吸热，如此循环，更好地形成自然对流。这样设计可以避免挖空部分可能发生的热聚现象，强化自然对流作用。

上述液体工质是水，或导热油，或乙醇等有机工质，视热源温度而定。这样设计可以控制温差发电元件冷端的温度范围。

上述温差发电元件是半导体温差发电片或半导体制冷片成品，或半导体发电堆，或半导体制冷电堆，或pn结与印刷电路的集成品，这样设计可以扩大应用范围。

上述液体箱的尺寸大小和形状可根据所使用场合调整，这样设计可以扩大应用范围和控制发电持续时间。

在某些场合下，上述温差发电元件与液体箱底部及导热板之间接触的部分可采取不挖空的方式进行冷却，温差发电片冷端紧贴液体箱底面布置，这样设计可以简化加工难度，得以扩大应用范围。

上述导热板为金属板，比如铝板或铜板。

上述液体箱中可增加扰动装置，这样设计可以优化温差发电元件冷端的冷却效果。

附图说明

图1是一种高效快速单向传热温差发电方法示意图（直接接触）；

图2是一种高效快速单向传热温差发电方法示意图（间接接触）；

图中标号名称：1热源，2温差发电元件，3导热板，4液体工质，5液体箱。

具体实施方法

下面结合附图对本发明进一步说明。

如图1所示，一种高效快速单向传热温差发电系统及方法通过以下方式进行工作：上述温差发电片的一端紧贴热源吸收热量形成热端，另一端作为温差发电元件的冷端，通过紧贴中间部分掏空的液体箱底部及铝板或铜板，与液体箱内的液体工质直接接触换热，液体工质吸收温差发电元件冷端的热量以保持冷端相对较低的温度，从而保证温差发电元件冷热端的温差进行发电；由于铝板或铜板中心挖空部分围成的液体域与温差发电元件的冷端直接接触吸热，因此此处的液体域的温度高于其上方液体箱中液体工质的温度，温度不同的液体工质由于密度差进行流动，受热的液体工质上升，冷态的液体工质下降到温差发电元件冷端表面继续吸热，如此循环，形成自然对流。

如图2所示，在某些场合下，上述温差发电元件与液体箱底部及铝板或铜板之间接触的部分可采取不挖空的方式进行冷却，温差发电片冷端紧贴液体箱底面布置。

在图1所示的方法中，当在铝板或铜板侧边开孔或槽，受热的液体工质可通过所开孔或槽进入液体箱中铝板或铜板外围，而液体箱内上方冷态的液体工质自然下降到温差发电元件冷端表面继续吸热，如此循环，形成更好的自然对流。

技术特征：

技术总结
一种高效快速单向传热温差发电系统及方法，属于传热领域。系统由下到上依次包括热源（1）、温差发电元件（2）、导热板（3）以及液体箱（5）。其中液体箱（5）内充满液体工质（4），液体箱（5）的底部布置有一块导热板（3）；上述液体箱（5）底部和导热板（3）被上下挖空，使得热源（1）通过液体箱（5）底部被挖空部分与导热板底部直接接触，又通过导热板被挖空部分与液体箱（5）内的液体工质（4）直接接触。液体箱内部的工质形成自然对流以维持温差发电元件冷端相对稳定且较低的温度，从而建立持续一段时间的温差进行发电。该发明可高效快速地换热，可避免频繁更换工作液体，且不需要通过外加泵形成强制对流循环而耗费额外的电能。

技术研发人员：顾吉明;韩东;郑明瑞;岳晨;蒲文灏;何纬峰
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：2018.01.02
技术公布日：2018.05.18