微小高度差预冷却温差发电系统及发电方法技术方案

一种微小高度差预冷却温差发电系统及发电方法，属于传热领域。其特征在于：包括热源、温差发电元件、换热液体箱及与换热液体箱相连通的预冷液体箱。本发明专利技术提出一种微小高度差预冷却温差发电系统及发电方法，在空间受限，尤其高度方向条件苛刻的情况下，通过破坏换热液体箱顶板温度边界层的方式将换热后热态液体工质经矩形扁平上升管道引出换热液体箱，强化换热；且将预冷液体箱设计成横截面积从上到下逐渐减小的倒锥形，使其顶部和底部液体工质的温差显著来驱动液体工质的循环流动，换热效果不打折扣，仍然能保证温差发电元件的冷端在一定时间内保持相对稳定且较低的温度，从而较长时间地维持温差发电元件冷热端较大的温差以满足用户的发电需求。

【技术实现步骤摘要】
微小高度差预冷却温差发电系统及发电方法
本专利技术涉及一种微小高度差预冷却温差发电系统及发电方法，属于传热领域。
技术介绍
现有温差发电技术的冷端采用水冷的散热方式可保证良好的散热效果，但是不是简单地在温差发电元件冷端布置一个液体箱作为冷源，而必须使得作为冷源的液体工质能够循环流动起来才能及时带走热量，否则只有与温差发电元件接触的部分液体工质被迅速加热升温，换热效果不佳，导致散热效果不好，发电失败。而对于外接泵驱动的外接水源的循环流动方式，一方面某些温差发电场合条件不允许这种开式循环存在，另一方面泵自身是耗能的动部件，存在寿命的限制并需要定期的维护。此前已针对温差发电元件冷端液体工质采用闭式循环的方式，结合热虹吸原理，提出一种单向传热的温差发电方法。而对于某些条件更加苛刻的场合，如在灶具内部微小的高度范围内，如何实现温差发电元件冷端液体工质的闭式循环，是一个值得研究和突破的科研问题。为此，本专利技术提出一种微小高度差预冷却温差发电系统及发电方法。
技术实现思路
本专利技术的目的就是提供一种微小高度差预冷却温差发电系统及发电方法。该微小高度差预冷却温差发电系统，其特征在于：包括热源，温差发电元件，换热液体箱，预冷液体箱以及液体工质；上述温差发电元件布置在热源的下方，换热液体箱布置并紧挨在温差发电元件的下方；换热液体箱的紧挨温差发电元件的顶板为一厚度逐渐减小的倾斜导热板，倾斜方式为从一侧到另一侧的单边上倾斜方式，或从中间向两侧的双边上倾斜方式；换热液体箱的顶板厚度减小侧的顶部布置有矩形扁平状的上出口，换热液体箱的底部一端布置有下进口；预冷液体箱为倒锥形，其顶部一侧布置有矩形扁平状的上进口，底部布置有下出口；换热液体箱的上出口与预冷液体箱的上进口通过矩形扁平上升管道相连，预冷液体箱的下出口与换热液体箱的下进口通过连通管道相连；换热液体箱和预冷液体箱内均装有液体工质；上述换热液体箱上出口与预冷液体箱的上进口之间形成微小高度差，前者稍低于后者。所述一种微小高度差预冷却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紧挨换热液体箱并通过换热液体箱的倾斜顶板与其内部的液体工质换热，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；换热液体箱内上层的冷态液体工质由于吸收温差发电元件冷端的热量升温变成热态的液体工质通过矩形扁平上升管道传递到预冷液体箱的顶部，预冷液体箱底部的冷态液体工质通过连通管道从换热液体箱的底部进入换热液体箱的下层，当换热液体上层液体工质吸收热量离开后，下层温度较低的液体工质补充进入上层继续吸收热量，由此换热液体箱与预冷液体内的液体工质形成仅由温差驱动的自循环。本专利技术提出一种微小高度差预冷却温差发电系统及发电方法，上述上升管道为矩形扁平状，与换热液体箱的顶板同宽，引导紧贴换热液体箱顶板换热的热态液体工质离开，破坏换热液体箱顶板的温度边界层，强化换热效果；上述预冷液体箱为截面积从上到下逐渐减小的倒锥形，使得预冷液体箱内顶部和底部的液体工质温差更加显著，加强液体工质循环流动的驱动力。在空间受限，尤其是高度方向条件苛刻的情况下，仅通过增大冷热态液体工质的温差来驱动液体工质的循环流动，使得换热效果不打折扣，仍然能保证温差发电元件的冷端在一定时间内保持相对稳定且较低的温度，从而较长时间地维持温差发电元件冷热端较大的温差以满足用户的发电需求。另外，上述预冷液体箱的形状和尺寸大小可调整，可根据所需的温差和发电功率而定。在所需发电功率要求较大的情况下，可在横向和竖直向下的方向适当增大液体箱的尺寸以盛装更多的液体工质来吸收温差发电元件冷端的热量，从而较长时间地维持温差发电元件冷热端较大的温差以满足用户需求，另外在一些空间有限的场合，水箱可做成异形来满足换热需求。上述的微小高度差预冷却温差发电系统，其特征在于：上述预冷液体箱的上进口与换热液体箱的下进口在竖直方向上的高度差10≤h≤50mm。上述的微小高度差预冷却温差发电系统，其特征在于：上述换热液体箱与温差发电元件紧挨的顶板的倾斜角度α≥2°。倾斜导热板可由常用的铝制或铜制等导热性能良好的材料制作，使得温差发电元件冷端与换热液体箱内的液体工质之间有良好的换热效果；换热液体箱的顶板要求一定的倾斜角度是防止液体工质气泡的聚集而影响液体工质的流动循环导致换热效果的恶化。上述的微小高度差预冷却温差发电系统，其特征在于：上述换热液体箱除顶板外的其他结构以及预冷液体箱可采用塑料或有机玻璃等不要求导热性能的材料制作。因为这些结构不需要接触换热，只起到了盛装液体工质的作用，因此可采用价格较低的材料制作以降低成本。上述的微小高度差预冷却温差发电系统，其特征在于：上述换热液体箱的中部布置有非封闭式的横向或纵向隔板，以将冷热态流体隔开。上述的微小高度差预冷却温差发电系统，其特征在于：上述液体工质是水，或导热油，或乙醇等工质，视热源温度而定。上述的微小高度差预冷却温差发电系统，其特征在于：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。附图说明图1是一种微小高度差预冷却温差发电系统示意图；图2是一种微小高度差预冷却温差发电系统示意图(加隔板)；图3是一种微小高度差预冷却温差发电系统示意图(设置多进口多出口)；图中标号名称：1热源，2温差发电元件，3换热液体箱，3-1换热液体箱倾斜顶板，3-2换热液体箱其他结构，4非封闭式隔板，5扁平矩形状上升管道，6连通管道，7预冷液体箱，8液体工质。具体实施方式下面结合图1对一种微小高度差预冷却温差发电系统运行过程作详细说明。一种微小高度差预冷却温差发电系统通过以下方式进行工作：上述温差发电元件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紧挨换热液体箱并通过换热液体箱的倾斜顶板与其内部的液体工质换热，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；换热液体箱内上层的冷态液体工质由于吸收温差发电元件冷端的热量升温变成热态的液体工质通过矩形扁平上升管道传递到预冷液体箱的顶部，预冷液体箱底部的冷态液体工质通过连通管道从换热液体箱的底部进入换热液体箱的下层，当换热液体上层液体工质吸收热量离开后，下层温度较低的液体工质补充进入上层继续吸收热量，由此换热液体箱与预冷液体内的液体工质形成仅由温差驱动的自循环。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微小高度差预冷却温差发电系统，其特征在于：包括热源(1)，温差发电元件(2)，换热液体箱(3)，预冷液体箱(7)以及液体工质(8)；上述温差发电元件(2)布置在热源(1)的下方，换热液体箱(3)布置并紧挨在温差发电元件(2)的下方；换热液体箱(3)的紧挨温差发电元件(2)的顶板(3‑1)为一厚度逐渐减小的倾斜导热板，倾斜方式为从一侧到另一侧的单边上倾斜方式，或从中间向两侧的双边上倾斜方式；换热液体箱(3)的顶板厚度减小侧的顶部布置有矩形扁平状的上出口，换热液体箱(3)的底部一端布置有下进口；预冷液体箱(7)为倒锥形，其顶部一侧布置有矩形扁平状的上进口，底部布置有下出口；换热液体箱(3)的上出口与预冷液体箱(7)的上进口通过矩形扁平上升管道(5)相连，预冷液体箱(7)的下出口与换热液体箱(3)的下进口通过连通管道(6)相连；换热液体箱(3)和预冷液体箱(7)内均装有液体工质(8)；上述换热液体箱(3)上出口与预冷液体箱(7)的上进口之间形成微小高度差，前者稍低于后者。

【技术特征摘要】
1.一种微小高度差预冷却温差发电系统，其特征在于：包括热源(1)，温差发电元件(2)，换热液体箱(3)，预冷液体箱(7)以及液体工质(8)；上述温差发电元件(2)布置在热源(1)的下方，换热液体箱(3)布置并紧挨在温差发电元件(2)的下方；换热液体箱(3)的紧挨温差发电元件(2)的顶板(3-1)为一厚度逐渐减小的倾斜导热板，倾斜方式为从一侧到另一侧的单边上倾斜方式，或从中间向两侧的双边上倾斜方式；换热液体箱(3)的顶板厚度减小侧的顶部布置有矩形扁平状的上出口，换热液体箱(3)的底部一端布置有下进口；预冷液体箱(7)为倒锥形，其顶部一侧布置有矩形扁平状的上进口，底部布置有下出口；换热液体箱(3)的上出口与预冷液体箱(7)的上进口通过矩形扁平上升管道(5)相连，预冷液体箱(7)的下出口与换热液体箱(3)的下进口通过连通管道(6)相连；换热液体箱(3)和预冷液体箱(7)内均装有液体工质(8)；上述换热液体箱(3)上出口与预冷液体箱(7)的上进口之间形成微小高度差，前者稍低于后者。2.根据权利要求1所述的微小高度差预冷却温差发电系统，其特征在于：上述预冷液体箱(7)的上进口与换热液体箱(3)的下进口在竖直方向上的高度差10≤h≤50mm。3.根据权利要求1所述的微小高度差预冷却温差发电系统，其特征在于：上述换热液体箱(3)与温差发电元件(2)紧挨的顶板(3-1)的倾斜角度α≥2°。4.根据权利要求1所述的微小高度差预冷却温差发电系统，其特征在于：上述换热液体箱(3)除顶板外的其他结构(3-2)以及预冷液体箱(7)为塑料或有机玻璃。5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑明瑞，韩东，顾吉明，司泽田，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32