本发明专利技术公开了一种基于碳材料蒸发发电的热电转换装置，该装置包括壳体、绝热层、导水结构、循环工质、蒸发发电层和电极；其中，壳体与上密封结构、下密封结构一起构成密闭腔体，密闭腔体的顶端作为冷端，底端作为热端；循环工质与蒸发发电层设置在腔体内，循环工质与蒸发发电层接触；蒸发发电层竖直设置，两个电极分别设置在蒸发发电层的上下端面；下端面的电极与密闭腔体的热端之间存在间隙；导水结构位于密闭腔体内，用于引导冷凝后的循环工质回流至热端。本发明专利技术提供的热电转换装置，利用冷源与热源之间的温差控制蒸气压力从而产生蒸发感应电压，相比于现有的热电技术，Seebeck系数有极大提高，实现了高效温差发电的目的。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于能源
，更具体地，涉及一种基于碳材料蒸发发电的热电转换装置。
技术介绍
人类日益增长的能源需求和地球化石能源储备的相对短缺对人们提出了更加高效利用现有能源资源的要求。余热利用是提高现有能源效率的一个重要手段。无论是化石燃料利用过程还是地球环境本身都会产生大量的低品位热量，这部分热量总量巨大却因为难以利用而白白浪费掉。热电技术是对这部分低品位热能进行再回收利用的一个重要途径。现有热电技术主要是基于半导体固体材料热电效应，基于半导体热电效应的热电技术的几个突出问题包括价格昂贵、热电塞贝克(Seebeck)系数低(约200μV/K)、发电效率低；其中，热电塞贝克系数是指单位温差下产生的电压值。因此现有的基于半导体热电效应的热电技术在工业上的应用较为狭窄，只在汽车室内空调、太空卫星及偏远海岛灯塔供能等方面有应用。若要扩大热电技术在余热利用领域的应用范围，关键在于降低热电技术成本，提高Seebeck系数及发电效率。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于碳材料蒸发发电的热电转换装置，其目的在于利用冷源与热源之间的温差控制蒸气压力从而产生蒸发感应电压，实现高效温差发电的目的。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于碳材料蒸发发电的热电转换装置，包括壳体、绝热层、导水结构、循环工质、蒸发
发电层和电极；其中，壳体为筒状且上下两端密封的密闭腔体结构；上密封结构作为冷端用于接触外部冷源；下密封结构作为热端用于接触外部热源；绝热层包裹在壳体的外壁以防止漏热；液态循环工质与蒸发发电层均设于密闭腔体内，蒸发发电层竖直设置，液态循环工质与蒸发发电层接触；蒸发发电层的上下两端均设有电极，蒸发发电层下端的电极与所述密闭腔体的底面热端之间存在间距；其中，蒸发发电层是指一层由碳基纳米颗粒堆积形成的多孔层；当液态循环工质从蒸发发电层表面蒸发离开，在碳基纳米颗粒内部感应产生电势，从而可对外输出电能；其中，导水结构位于密闭腔体内，用于引导冷凝后的循环工质回流至热端；当该热电转换装置的冷端和热端存在一定温差时，密闭腔体内部形成固定循环工质蒸气压差，促使液态循环工质源源不断的从蒸发发电层表面蒸发，并在冷端凝结，进而在蒸发发电层产生稳定的感应电势，由此可对外输出电功，实现将热能转化为电能的目的；可通过在电极上连接导线，将产生的电能输出。优选的，导水结构为倒锥形导水台，倒锥形导水台的一端嵌入密闭腔体的顶端，另一端与蒸发发电层的上端之间存在间距；由此，导水结构与上密封结构合二为一，倒锥形导水台的顶端就是密闭腔体的顶端；倒锥形导水台的底端与蒸发发电层上端之间存在的间距确保冷端不会因与发电层接触而漏热，而仅用来冷凝循环工质蒸气；蒸发发电层部分浸没于液态循环工质内，位于蒸发发电层下端的电极完全浸没在循环工质内；循环工质蒸发，在冷端冷凝后在重力作用下落至热端，循环利用；优选的，该装置的蒸发发电层附着于密闭腔体的侧壁，蒸发发电层上端与冷端保持距离，蒸发发电层下端及设置于其下端的电极浸没在液态循环工质内。优选地，该装置还包括至少一个采用绝缘材料制成的蒸发发电层支架，其下端固定在壳体的底面上且浸没在液态循环工质内，上端悬空，该蒸发发电层支架与密闭腔体的侧壁保持距离；蒸发发电层安装在蒸发发电层支架上，蒸发发电层的下端及设置于其下端的电极浸没在液态循环工质内，且蒸发发电层整体与密闭腔体之间存在间距；由此，安装在蒸发发电层支架上的蒸发发电层整体与密闭腔体相互独立，便于蒸发发电层的拆卸与更换。优选的，蒸发发电层支架采用片状或筒状结构。优选的，导水结构为密闭腔体内壁整体覆盖的一层绝缘多孔材料层；液态循环工质吸附于所述绝缘多孔材料层内；多孔结构的蒸发发电层附着于绝缘多孔材料层上，与绝缘多孔材料层紧密接触；蒸发发电层具有将绝缘多孔材料层内的液态循环工质抽吸至蒸发发电层内部的作用；液态循环工质在蒸气压梯度的作用下从蒸发发电层的表面蒸发，带走热量的同时在蒸发发电层的上、下端产生感应电势并输出电能，实现将热能转化为电能的目的；所述液态循环工质蒸发形成的循环工质蒸气在冷端冷凝后在绝缘多孔材料的毛细作用下导回热端，循环利用。优选的，液态循环工质采用极性溶液。优选的，液态循环工质采用水；采用水做循环工质时，在提高热电转换效率上具有很好的效果。优选的，密闭腔体内为常压环境或真空环境；在真空环境下，密保腔体形成热管，传热效率更好，循环工质的蒸发速率更高。优选的，蒸发发电层材料采用碳黑纳米颗粒多孔结构。优选的，蒸发发电层材料采用碳纳米管、石墨烯或富勒烯。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)本专利技术提供的热电转换装置，利用热源与冷源之间的温差，实现
蒸发发电，具有蒸发电压大且对蒸气压力敏感的特点，可通过控制热源与冷源之间的温差变化达到控制蒸发发电电压的目的；(2)本专利技术提供的热电转换装置，其液态循环工质可循环使用，且可根据热负荷自动调节蒸发速率从而实现自适应；(3)本专利技术的优选方案提供的热电转换装置，与现有技术相比，仅通过纯水和碳基纳米颗粒材料即可实现高性能的热电转换，具有成本低廉的特点；(4)本专利技术提供的热电转换装置，采用密闭结构；在本专利技术提供的优选方案里，密闭腔体在真空环境下形成热管，结合热管技术和基于碳材料的蒸发发电技术，将热能转化为电能，具有结构简单，稳定可靠的特点，并且极大程度的提高了热点电转换的Seebeck系数；在密闭腔体抽真空的条件下,本专利技术提供的热电转换装置的Seebeck系数比半导体热电材料的Seebeck系数高出三个数量级。附图说明图1为本专利技术实施例1提供的一种基于碳材料蒸发发电的热电转换装置的剖面图；图2为本专利技术实施例2提供的一种基于碳材料蒸发发电的热电转换装置的剖面图；图3为本专利技术实施例3提供的一种基于碳材料蒸发发电的热电转换装置的剖面图；在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-热源、2-壳体、3-绝热层、4-冷源、5-密闭腔体、6-液态循环工质、7-蒸发发电层、81-第一电极、82-第二电极、91-第一导线、92-第二导线、10-倒锥形导水台、11-蒸发发电层支架、12-绝缘多孔材料层。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图
及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。实施例1实施例1提供的一种基于碳材料蒸发发电的热电转换装置的剖面图如图1所示，包括壳体2、绝热层3、倒锥形导水台10、循环工质6、蒸发发电层7、第一电极81、第二电极82、第一导线91和第二导线92；壳体2为筒状结构，壳体2与倒锥形导水台10、下密封结构一起构成密闭腔体5；倒锥形导水台10嵌在壳体2上端，倒锥形导水台10的顶端就是密闭腔体5的顶端，作为冷端；密闭腔体5的底端作为热端；倒锥形导水台10的底端与蒸发发电层7和循环工质6均保持距离；绝热层3包裹在壳体2的外壁的中间部分；密闭腔体5内盛有液态循环工质6，蒸发发电层7部分浸入循环工质6中；第本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于碳材料蒸发发电的热电转换装置，其特征在于，包括壳体(2)、绝热层(3)、液态循环工质(6)、蒸发发电层(7)、电极(8)和导水结构；所述壳体(2)为筒状结构，所述壳体(2)与上密封结构、下密封结构一起构成密闭腔体；密闭腔体的顶端作为冷端用于接触外部冷源，密闭腔体的底端作为热端用于接触外部热源；所述绝热层(3)包裹在壳体(2)的外壁以防止漏热；液态循环工质(6)与蒸发发电层(7)均设于密闭腔体内，蒸发发电层(7)竖直设置，液态循环工质(6)与蒸发发电层(7)接触；蒸发发电层(7)的上、下两端均设有电极(8)，蒸发发电层(7)下端的电极与所述密闭腔体的底面之间存在间距；所述导水结构位于密闭腔体内，用于引导冷凝后的液态循环工质(6)回流至热端；当所述冷端与热端之间存在温差时，在密闭腔体内部形成循环工质蒸气压差，促使液态循环工质(6)源源不断的从蒸发发电层(7)表面蒸发，并在冷端凝结；进而在蒸发发电层(7)产生感应电势，对外输出电功，由此将热能转化为电能。
【技术特征摘要】
1.一种基于碳材料蒸发发电的热电转换装置，其特征在于，包括壳体(2)、绝热层(3)、液态循环工质(6)、蒸发发电层(7)、电极(8)和导水结构；所述壳体(2)为筒状结构，所述壳体(2)与上密封结构、下密封结构一起构成密闭腔体；密闭腔体的顶端作为冷端用于接触外部冷源，密闭腔体的底端作为热端用于接触外部热源；所述绝热层(3)包裹在壳体(2)的外壁以防止漏热；液态循环工质(6)与蒸发发电层(7)均设于密闭腔体内，蒸发发电层(7)竖直设置，液态循环工质(6)与蒸发发电层(7)接触；蒸发发电层(7)的上、下两端均设有电极(8)，蒸发发电层(7)下端的电极与所述密闭腔体的底面之间存在间距；所述导水结构位于密闭腔体内，用于引导冷凝后的液态循环工质(6)回流至热端；当所述冷端与热端之间存在温差时，在密闭腔体内部形成循环工质蒸气压差，促使液态循环工质(6)源源不断的从蒸发发电层(7)表面蒸发，并在冷端凝结；进而在蒸发发电层(7)产生感应电势，对外输出电功，由此将热能转化为电能。2.如权利要求1所述的热电转换装置，其特征在于，所述导水结构为倒锥形导水台(10)，所述倒锥形导水台(10)的一端嵌入所述密闭腔体的顶端，所述倒锥形导水台(10)的另一端与蒸发发电层(7)的上端之间存在间距；液态循环工质(6)蒸发，在冷端冷凝后在重力作用下回落至热端，循环利用。3.如权利要求2所述的热电转换装置，其特征在于，所述蒸发发电层(7)附着于所述密闭腔体的侧壁，蒸发发电层(7)的下端及设置于其下端的电极浸没在液态循环工质(6)内。4.如权利要求2所述的热电转换装置，其特征在于，还包括至少一个
\t蒸发发电层支架(11)，其下端固...
【专利技术属性】
技术研发人员：周军，刘抗，丁天朋，李嘉，薛国斌，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。