一种热电相变围护结构系统及应用方法技术方案

一种热电相变围护结构系统及应用方法，属于温差发电片的热电转换系统及应用。热电相变围护结构系统的温差发电片与相变围护结构外侧面通过导热胶相连接，温差发电片的输出端与比较器、反向器和DC‑DC转换器顺序连接，DC‑DC转换器的输出端与蓄电池连接，蓄电池为建筑物内电器设备供电；温差发电片与相变围护结构结合进行发电，温差发电片一侧贴在相变围护结构上，另一侧直接暴露在外界空气中。白天太阳辐射温差发电片外侧表面引起温度升高，温差发电片两侧形成温差并在塞贝克效应作用下产生电能；夜间温差发电片内表面温度较外表面温度高，利用反向器改变电流方向继续储存。优点：有效利用太阳辐射能产生电能供日常使用，与相变围护结构结合降低建筑耗能。

【技术实现步骤摘要】
一种热电相变围护结构系统及应用方法
本专利技术涉及一种温差发电片的热电转换系统及应用，特别是一种热电相变围护结构系统及应用方法。
技术介绍
温差发电片是一种能将热能直接转化为电能的发电模块，它在其两端存在温差情况下进行发电，即使小温差也能实现电能输出。温差发电片的工作原理为塞贝克效应。具体来说，一个温差发电片由若干个P-N结组成，当两端处于不同温度时，P(N)型材料的高温端空穴(电子)浓度高于低温端，因此空穴和电子在浓度差的作用下向低温端扩散，产生电动势。因为每个P-N结所产生电势很低，所以温差发电片中的P-N结为电串联，热并联。温差发电片的输出电流电压方向取决于高低温端方向，若高低温端发生转变，其输出电流电压方向也会发生变化。输出电压一般与温度差大小成正比，该比值通常被称为塞贝克系数。温差发电片有很多优点。它可以直接进行能量的转换，而普通热机需要进行热能-机械能-电能才能完成热电转换；无移动部件，维护费用少；使用年限长；无噪音等。正是因为这些优点，温差发电片在近些年来被广泛应用到各种余热回收，以及极端环境中的发电。如：利用温差发电片回收汽车尾气中的热量。该排气热回收系统可以减少汽车燃料消耗，从而减少二氧化碳排放和运行成本。所产生的电量可以用于给汽车电器或传感器等供电。将热电效应应用于地下煤火的防控与利用，可以提取煤火废热发电，从而解决废热损失、煤炭资源浪费、累积热量引起重燃的潜在风险、偏远地区电力短缺等问题。温差发电片还被广泛应用于工业废热回收。许多情况下，如炼钢工业、水泥工业等工业领域在进行工业生产时会产生大量高温热量，但这些废热一般都被直接排放到周围环境中，不仅对环境造成污染，还浪费了很多热能。将温差发电片运用于工业废热回收，就可以很好的解决这些问题，还能得到可直接利用的电能，增加了利益。此外，人们还研究了热电技术在太空设备、海冰仪器、炉灶、路面、可穿戴热电设备等多方面应用。热电效应应用范围虽然很广，但在建筑领域尤其是外围护结构方面应用较少。外围护结构的传热性能对空调、暖气等设备的能耗大小有着很大的影响。目前，建筑外围护结构保温隔热的方法主要有内隔热保温、夹芯复合隔热保温、外墙外保温技术、屋顶绿化技术、陶粒混凝土空心砌块砌筑、相变围护结构、门窗保温等。这些方法都可以通过减少外界环境对建筑内部的影响，从而减少空调、暖气等设备的运行能耗。但是，外围护结构在直接接受太阳辐射情况下，会积聚大量热量，前面所提到的方法只是能够做到减少这些热量传入室内，并不能把这些热量真正利用起来，并转化为其他可利用的能源形式。
技术实现思路
本专利技术目的是针对现有相变围护结构存在的问题，将之与温差发电片结合，在改善建筑热环境的同时，为建筑物内提供部分电量，提供一种热电相变围护结构系统及应用方法。为达到上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：热电相变围护结构系统包括：相变围护结构、温差发电片、比较器、反向器、DC-DC转换器、导热胶、蓄电池和电器设备；温差发电片与相变围护结构外侧面通过导热胶相连接，温差发电片的输出端与比较器、反向器和DC-DC转换器顺序连接，DC-DC转换器的输出端与蓄电池连接，蓄电池为建筑物内电器设备供电。所述的相变围护结构为墙体、屋顶。上述热电相变围护结构系统的应用方法：温差发电片与相变围护结构外侧面通过导热胶相连接，温差发电片将辐射热转化为电能，并通过比较器、反向器和DC-DC转换器将转换的电能储存在与其相连的蓄电池内；白天，相变围护结构通过所含有的相变材料来维持与温差发电片连接端的较低温度，直接与相变围护结构接触端为温差发电片冷端，直接接受太阳辐射端为热端；晚上，相变围护结构将白天储存的大量热能释放出来，作为温差发电片热端，直接暴露于空气侧为冷端；通过比较器检测温度梯度方向的变化而引起的电流方向变化，比较器将检测到的电流方向变换，输出控制反向器改变电流方向，保证热电相变围护结构系统当电流发生方向变化后的输出电流、电压方向与正常输出电流方向始终保持一致；再通过DC-DC转换器输出为恒定的电压，存储于蓄电池中；电器设备置于室内，从与其相连的蓄电池中获取电能。其中，多个温差发电片通过串并联后为蓄电池提供电能。根据温差发电片型号和蓄电池的额定电压确定温差发电片串联个数；根据温差发电片型号、蓄电池额定电流与相变围护结构面积确定并联数量。温差发电片直接暴露于空气端的表面进行打磨处理；然后在表面进行涂层处理，涂覆高吸收率、高发射率的高温红外辐射涂料或太阳能选择性吸收涂料。所述相变围护结构中的相变材料均匀分布。所述相变围护结构中的相变材料包括：石蜡、六水氯化钙或癸酸；相变温度范围为30-40℃。有益效果，由于采用了上述方案，将热电效应与相变围护结构相结合，利用相变材料的蓄热、放热原理进行发电。通过用导热胶将温差发电片固定在相变围护结构上。白天，贴于相变外围护结构端为温差发电片冷端，直接接受太阳辐射端为热端；晚上，高低温端发生转变，从而将太阳辐射热作为全天能量来源；为零能耗建筑提供了部分能源。所述的零能耗建筑它并不是建筑物本身不消耗能源，而是指最大限度地利用太阳能、地热能、生物质能等可再生能源为建筑物供能，使得建筑物对于煤炭、石油等不可再生能源的总的消耗为零的建筑。热电相变围护结构符合零能耗建筑的设计理念。通过降低外围护结构温度，减小了室内空调、暖气等设备的运行能耗；利用温差发电片，将太阳能转化为电能，并将电量存储以供其他用电设备使用。本专利技术在达到建筑节能目的的同时，产生其他可用能源。随着未来新型热电材料的发展，热电材料优值系数的提高，该专利技术的实用性、适用性及经济性将会得到大幅度提高。优点：本专利技术应用于太阳能较充足地区。通过应用相变围护结构与温差发电片，不仅较好控制建筑本身温度，提供更好的室内热环境，减少室内空调、暖气等设备的运行时间及所耗能量，达到建筑节能的效果；在温差发电片两端形成温度梯度，进行发电。所产生的电能存储于蓄电池中，供生活电器设备使用。本方法无任何污染，运行简单，适用于辐射较强地区的屋面、墙体等外围护结构，实现良好的环境效益与经济效益。有效利用太阳辐射能产生电能供日常使用，还与相变围护结构结合降低建筑耗能，符合被动式建筑设计理念。附图说明图1是本专利技术的热电相变围护结构原理图。图2是本专利技术的温差发电片串并联示意图。图3是本专利技术实施例温差发电片两端面涂层示意图。图中，1、相变围护结构；2、温差发电片；3、比较器；4、反向器；5、DC-DC转换器；6、蓄电池；7、电器设备；8、导热胶；9、高温辐射涂料。具体实施方式本专利技术的热电相变围护结构系统包括：相变围护结构、温差发电片、比较器、反向器、DC-DC转换器、导热胶、蓄电池和电器设备；温差发电片与相变围护结构外侧面通过导热胶相连接，所述的相变围护结构为墙体、屋顶。温差发电片的输出端与比较器、反向器和DC-DC转换器顺序连接，DC-DC转换器的输出端与蓄电池连接，蓄电池为建筑物内电器设备供电。上述热电相变围护结构系统的应用方法：温差发电片与相变围护结构外侧面通过导热胶相连接，温差发电片将辐射热转化为电能，并通过比较器、反向器4和DC-DC转换器5将转换的电能储存在与其相连的蓄电池内；白天，相变围护结构通过所含有的相变材料来维持与温差发电片连接端的较低温度，直接与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热电相变围护结构系统，其特征是：热电相变围护结构系统包括：相变围护结构、温差发电片、比较器、反向器、DC‑DC转换器、导热胶、蓄电池和电器设备；温差发电片与相变围护结构外侧面通过导热胶相连接，温差发电片的输出端与比较器、反向器和DC‑DC转换器顺序连接，DC‑DC转换器的输出端与蓄电池连接，蓄电池为建筑物内电器设备供电。

【技术特征摘要】
1.一种热电相变围护结构系统，其特征是：热电相变围护结构系统包括：相变围护结构、温差发电片、比较器、反向器、DC-DC转换器、导热胶、蓄电池和电器设备；温差发电片与相变围护结构外侧面通过导热胶相连接，温差发电片的输出端与比较器、反向器和DC-DC转换器顺序连接，DC-DC转换器的输出端与蓄电池连接，蓄电池为建筑物内电器设备供电。2.根据权利要求1所述的一种热电相变围护结构系统，其特征是：所述的相变围护结构为墙体、屋顶。3.一种基于热电相变围护结构系统的应用方法，其特征是：热电相变围护结构系统的应用方法：温差发电片与相变围护结构外侧面通过导热胶相连接，温差发电片将辐射热转化为电能，并通过比较器(3)、反向器(4)和DC-DC转换器(5)将转换的电能储存在与其相连的蓄电池内；白天，相变围护结构通过所含有的相变材料来维持与温差发电片连接端的较低温度，直接与相变围护结构接触端为温差发电片冷端，直接接受太阳辐射端为热端；晚上，相变围护结构将白天储存的大量热能释放出来，作为温差发电片热端，直接暴露于空气侧为冷端；通过比较器检测温度梯度方向的变化而引起的电流方向变化，比较器将...

【专利技术属性】
技术研发人员：王义江，郭珂慧，周国庆，史雅丽，姜金毅，郑通达，谢宗刚，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32