專利名稱：一種大氣溫差發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)電裝置技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及大氣溫差發(fā)電裝置，可利用大氣隨時間變化的溫差從大氣中吸收能量進(jìn)行發(fā)電。
背景技術(shù)：
大氣溫度隨時間的起伏變化本質(zhì)上表征了能量的轉(zhuǎn)移和流動，其能量具有無處不在以及連續(xù)輸出的特點。由大氣溫度變化引起的溫差作用于熱-電換能器便可獲得電能輸出，可作為環(huán)境能量搜集的ー個來源。對于沙漠、山區(qū)等無法通過架設(shè)電纜線供電的場合， 可以“就地取材”，直接從大氣中吸收能量為電子設(shè)備提供電力。目前，已經(jīng)得到應(yīng)用的溫差發(fā)電機(jī)主要為海洋溫差發(fā)電機(jī)和大氣溫差發(fā)電機(jī)，其工作原理基本相同，都是利用不同深度海水或不同高度大氣之間的溫差推動汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動發(fā)電。如圖1所示，現(xiàn)有的ー種溫差發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)包括帶有保溫層的儲能箱106，箱內(nèi)設(shè)置內(nèi)置換熱片102，內(nèi)置換熱片102連接汽輪發(fā)電機(jī)汽輪室104，汽輪室另一端連接外置換熱片101。外置換熱片101和內(nèi)置換熱片102內(nèi)裝有沸點較低的液體，當(dāng)氣溫與儲能箱106之間有溫差吋，兩換熱片之間產(chǎn)生壓力差，高溫端換熱片中液體沸騰，蒸汽通過導(dǎo)管103推動汽輪發(fā)電機(jī)107發(fā)電。蒸汽做功后從汽室另一端進(jìn)入低溫?fù)Q熱片，凝結(jié)成液體并將剩余熱能傳給低溫端。由于大氣溫度隨時間和天氣不斷變化，因此儲能箱溫度很難與大氣溫度保持平衡，原則上大部分時間均可發(fā)電，只有短暫的間歇時間，這種裝置存在以下缺點1、能量的流動和轉(zhuǎn)化過程可以概括為先由溫差能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再由機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的兩級過程，相比由溫差能直接轉(zhuǎn)化為電能的一級過程效率低。2、只有當(dāng)大氣溫度高于換熱片內(nèi)液體的沸點吋，液體才能夠吸熱蒸發(fā)，推動汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電，反之無電能輸出，因此，將有相當(dāng)一部分低溫、余熱能量得不到利用，導(dǎo)致電能輸出不連續(xù)且熱利用率低。3、由于包含汽輪等氣動部件，長期運轉(zhuǎn)容易導(dǎo)致零部件之間的磨損，此外由于換熱片內(nèi)的低沸點液體通常具有一定的腐蝕性，長期運作將加劇裝置多個零部件的磨損，導(dǎo)致長期工作穩(wěn)定性差。4、外置換熱片、內(nèi)置換熱片、導(dǎo)管及汽輪室等各零部件之間的接駁環(huán)節(jié)較多且接 ロ復(fù)雜，難以保證良好的氣密性以維持正常工作，裝置的安裝和后期維護(hù)困難。5、裝置體積龐大笨重，要求安裝場地空曠平坦且占據(jù)空間大，因此實際應(yīng)用受到場地限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有裝置的不足，提出ー種結(jié)構(gòu)簡單、易于裝配與維護(hù)的大氣溫差發(fā)電裝置，以避開機(jī)械能轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)，將大氣溫差能直接轉(zhuǎn)化為電能輸出，提高裝置的整機(jī)發(fā)電效率；同時，更加充分的利用低溫、余熱能量，提高裝置的熱利用率及電能輸出的連續(xù)性。
為實現(xiàn)上述目的技術(shù)原理是利用液體儲熱エ質(zhì)與大氣進(jìn)行熱量交換的過程中， 熱量總收支的基本平衡，在內(nèi)置換熱片上獲得平均大氣溫度，作為溫差發(fā)電片的冷端參考溫度；在外置換熱片上獲得大氣溫度，作為溫差發(fā)電片的熱端溫度，從而在溫差發(fā)電片的兩端形成隨時間變化的溫差，由溫差發(fā)電片轉(zhuǎn)化為電能輸出，整個裝置包括儲熱箱201、保溫層202、外置換熱片204、內(nèi)置換熱片206和液體儲熱エ質(zhì)203，其特征在于外置換熱片 204，采用平板式金屬散熱器，水平固定于儲熱箱201的外頂面；內(nèi)置換熱片206，采用條棒式金屬散熱器，豎直固定于儲熱箱201的內(nèi)部，上端面由儲熱箱201頂面的中心孔伸出；液體儲熱エ質(zhì)203，盛裝于儲熱箱201中，在與大氣持續(xù)交換熱量的過程中得到平均氣溫；所述的外置換熱片204與內(nèi)置換熱片206之間安裝有半導(dǎo)體溫差發(fā)電片205，三者共同構(gòu)成了液體儲熱エ質(zhì)203與大氣之間的熱量交換通路，該半導(dǎo)體溫差發(fā)電片205的上、下兩個端面分別與外、內(nèi)置換熱片的下、上端面緊密接觸，將來自外置換熱片204的大氣溫度與來自內(nèi)置換熱片206的平均氣溫之間的溫差轉(zhuǎn)換為正比于該溫差的輸出電壓。上述大氣溫差發(fā)電裝置，其中所述平板式金屬散熱器的上端面為條形散熱肋片， 下端面為平面，形成梳子形結(jié)構(gòu)；該平板式金屬散熱器的下端面與半導(dǎo)體溫差發(fā)電片205 的上端面緊密接觸，上端面的散熱肋片與空氣充分接觸以交換熱量，使溫度與大氣的溫度保持一致。上述大氣溫差發(fā)電裝置，其中所述條棒式金屬散熱器的上、下兩個端面均為平面， 柱面為環(huán)形散熱肋片，形成回旋形結(jié)構(gòu)；該條棒式金屬散熱器的上端面與半導(dǎo)體溫差發(fā)電片205的下端面緊密接觸，且柱面的散熱肋片與液體儲熱エ質(zhì)203充分接觸以交換熱量，使溫度與液體儲熱エ質(zhì)203的溫度保持一致。上述大氣溫差發(fā)電裝置，其中所述半導(dǎo)體溫差發(fā)電片205與外置換熱片204及內(nèi)置換熱片206的接觸面均涂敷有導(dǎo)熱硅酷，以降低接觸熱阻。上述大氣溫差發(fā)電裝置，其中所述保溫層202采用聚氨脂發(fā)泡劑或擠塑聚苯乙烯保溫板，在儲熱箱201外表面形成厚度均勻的隔熱保溫層，增強(qiáng)儲熱箱201的儲熱能力。上述大氣溫差發(fā)電裝置，其中所述儲熱箱201的內(nèi)膽由鍍鎘不銹鋼或鍍銀玻璃鏡組成，以有效降低熱輻射，進(jìn)ー步增強(qiáng)儲熱箱201的儲熱能力。本發(fā)明與現(xiàn)有的大氣溫差發(fā)電裝置相比，具有以下優(yōu)點1、采用半導(dǎo)體溫差發(fā)電片作為熱電換能元件，將溫差能直接轉(zhuǎn)化為電能，避開了機(jī)械能轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)，提高了溫差發(fā)電效率。2、半導(dǎo)體溫差發(fā)電片無最低發(fā)電溫差限制，充分利用低溫差部分能量發(fā)電，提高了電能輸出連續(xù)性及熱利用率。3、由于裝置中無機(jī)械活動部件，工作時無噪聲，并有效避免了因機(jī)械磨損而造成的潛在故障，提高了長期工作的穩(wěn)定性。4、由于裝置的結(jié)構(gòu)簡單，且所包含的零部件規(guī)格及配合要求低，降低了安裝、調(diào)試及維護(hù)的難度。5、由于裝置的結(jié)構(gòu)緊湊，小巧輕便，便于運輸，不限制安裝現(xiàn)場條件，如地面、屋頂、山區(qū)、海面等位置均可安裝使用，拓寬了應(yīng)用范圍。針對本發(fā)明的大氣溫差發(fā)電裝置進(jìn)行現(xiàn)場實驗，實驗時間選擇6月份，氣溫波動較明顯，平均氣溫約為20°C ；實驗地點選擇某市區(qū)樓房三樓樓頂，自然通風(fēng)且避免陽光直射；實驗持續(xù)20天，分析記錄數(shù)據(jù)得到，該大氣溫差發(fā)電裝置的輸出電壓范圍為_300mV +300mV，平均輸出功率為1. 13mW，實驗證明，該大氣溫差發(fā)電裝置的輸出功率足夠為ー個典型低功耗電子設(shè)備長期供電。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)ー步說明


附圖1是現(xiàn)有的一種大氣溫差發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2是本發(fā)明大氣溫差發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式參照附圖2，本發(fā)明的大氣溫差發(fā)電裝置，由儲熱箱201、保溫層202、外置換熱片 204、半導(dǎo)體溫差發(fā)電片205和內(nèi)置換熱片206組成，其中外置換熱片204，可采用鋁質(zhì)或銅質(zhì)金屬散熱器，本實例采用平板式鋁質(zhì)散熱器， 面積為40 X 40cm2，高度為5cm，水平固定于儲熱箱201的外頂面，該外置換熱片204為梳子形結(jié)構(gòu)，下端面為平面，并與半導(dǎo)體溫差發(fā)電片205的上端面緊密接觸，上端面為條形散熱肋片，并與大氣充分接觸，該外置換熱片204的溫度與大氣溫度一致；內(nèi)置換熱片206，可采用鋁質(zhì)或銅質(zhì)金屬散熱器，本實例采用條棒式鋁質(zhì)散熱器， 直徑為6cm，長度為30cm，豎直固定于儲熱箱201的內(nèi)部，該內(nèi)置換熱片206為回旋形結(jié)構(gòu)， 兩個端面均為平面，上端面由儲熱箱201頂面的中心孔伸出，并與半導(dǎo)體溫差發(fā)電片205 的下端面接觸，柱面為環(huán)形散熱肋片，與液體儲熱エ質(zhì)203充分接觸，溫度與液體儲熱エ質(zhì) 203溫度一致；半導(dǎo)體溫差發(fā)電片205，采用熱電系數(shù)約為35mV/°C，內(nèi)阻約為3 Ω的高效率溫差電模塊，外形尺寸為40mmX40mmX4mm，該半導(dǎo)體溫差發(fā)電片205的上端面與外置換熱片 204的下端面緊密接觸；下端面與內(nèi)置換熱片206的上端面緊密接觸，在半導(dǎo)體溫差發(fā)電片 205與外置換熱片204及內(nèi)置換熱片206的兩個接觸面均涂有導(dǎo)熱硅酷，以降低傳熱熱阻， 三者共同構(gòu)成了液體儲熱エ質(zhì)203與大氣之間的熱量交換通路；該半導(dǎo)體溫差發(fā)電片205 將動態(tài)氣溫與平均氣溫之間的動態(tài)溫差轉(zhuǎn)換為正比于該動態(tài)溫差的電壓并輸出；液體儲熱エ質(zhì)203為水，盛裝于儲熱箱201中，該內(nèi)置換熱片206的溫度與平均氣溫一致，通過添加適量防凍液以防結(jié)冰，保證在冬季低氣溫地區(qū)正常工作；儲熱箱201的內(nèi)膽可由鍍鎘不銹鋼或鍍銀玻璃鏡組成，本實例采用厚度為5mm的鍍銀玻璃鏡正方體結(jié)構(gòu)，容積為27升，頂面中心位置開8cm直徑圓形通孔，用于加注液體儲熱エ質(zhì)203以及安裝內(nèi)置換熱片206。保溫層202，采用聚氨脂發(fā)泡劑或擠塑聚苯乙烯保溫板構(gòu)成，本實例采用擠塑聚苯乙烯保溫板，厚度為5cm，吸水率低于0. 5%，導(dǎo)熱系數(shù)低于0. 04ff/m · k，貼裝于儲熱箱201 的所有外表面，形成厚度均勻的隔熱保溫層，用于增強(qiáng)儲熱箱201的儲熱能力。該大氣溫差發(fā)電裝置的工作原理如下液體儲熱エ質(zhì)203通過由外置換熱片204、半導(dǎo)體溫差發(fā)電片205及內(nèi)置換熱片 206所構(gòu)成的通路與大氣進(jìn)行熱量交換，使液體儲熱エ質(zhì)203的溫度隨氣溫波動而緩慢變化，并經(jīng)過熱量的長期積累和抵消作用，最終趨于平均氣溫，至此，在儲熱箱201內(nèi)、外自動建立起動態(tài)氣溫與平均氣溫之間的動態(tài)溫差，該動態(tài)溫差分別經(jīng)由外置換熱片204和內(nèi)置換熱片206送入半導(dǎo)體溫差發(fā)電片205的兩端，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為正比于動態(tài)溫差的電壓并輸出， 實現(xiàn)將大氣溫差能轉(zhuǎn)換為電能的過程。 該實施例僅是對本發(fā)明的參考說明，并不構(gòu)成對本發(fā)明內(nèi)容的任何限制。
權(quán)利要求
1.一種大氣溫差發(fā)電裝置，包括儲熱箱001)、保溫層002)、外置換熱片004)、內(nèi)置換熱片(206)和液體儲熱エ質(zhì)003)，其特征在于外置換熱片004)，采用平板式金屬散熱器，水平固定于儲熱箱O01)的外頂面；內(nèi)置換熱片006)，采用條棒式金屬散熱器，豎直固定于儲熱箱O01)的內(nèi)部，上端面由儲熱箱O01)頂面的中心孔伸出；液體儲熱エ質(zhì)003)，盛裝于儲熱箱O01)中，在與大氣持續(xù)交換熱量的過程中得到平均氣溫；所述的外置換熱片(204)與內(nèi)置換熱片(206)之間安裝有半導(dǎo)體溫差發(fā)電片005)，該半導(dǎo)體溫差發(fā)電片(20 的上、下兩個端面分別與外、內(nèi)置換熱片的下、上端面緊密接觸， 三者共同構(gòu)成了液體儲熱エ質(zhì)203與大氣之間的熱量交換通路，將來自外置換熱片(204) 的動態(tài)氣溫與來自內(nèi)置換熱片(206)的平均氣溫之間的動態(tài)溫差轉(zhuǎn)換為正比于該動態(tài)溫差的電壓并輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大氣溫差發(fā)電裝置，其特征在干，平板式金屬散熱器的上端面為條形散熱肋片，下端面為平面，形成梳子形結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大氣溫差發(fā)電裝置，其特征在于，條棒式金屬散熱器的上、下兩個端面均為平面，柱面為環(huán)形散熱肋片，形成回旋形結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大氣溫差發(fā)電裝置，其特征在干，平板式金屬散熱器的下端面與半導(dǎo)體溫差發(fā)電片(20 的上端面緊密接觸，上端面的散熱肋片與空氣充分接觸以交換熱量，使溫度與大氣的溫度保持一致。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大氣溫差發(fā)電裝置，其特征在干，條棒式金屬散熱器的上端面與半導(dǎo)體溫差發(fā)電片(20 的下端面緊密接觸，且柱面的散熱肋片與液體儲熱エ質(zhì) (203)充分接觸以交換熱量，使溫度與液體儲熱エ質(zhì)O03)的溫度保持一致。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大氣溫差發(fā)電裝置，其特征在干，半導(dǎo)體溫差發(fā)電片(205)與外置換熱片(204)及內(nèi)置換熱片(206)的接觸面均涂敷有導(dǎo)熱硅酷，以降低接觸熱阻。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大氣溫差發(fā)電裝置，其特征在干，保溫層(20 采用聚氨脂發(fā)泡劑或擠塑聚苯乙烯保溫板，在儲熱箱(201)外表面形成厚度均勻的隔熱保溫層，增強(qiáng)儲熱箱O01)的儲熱能力。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大氣溫差發(fā)電裝置，其特征在干，儲熱箱(201)的內(nèi)膽由鍍鎘不銹鋼或鍍銀玻璃鏡組成，以有效降低熱輻射，進(jìn)ー步增強(qiáng)儲熱箱O01)的儲熱能力。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大氣溫差發(fā)電裝置，主要解決現(xiàn)有裝置效率及熱利用率低，穩(wěn)定性差等問題，該裝置包括帶有保溫層(202)的儲熱箱(201)，外置換熱片(204)、內(nèi)置換熱片(206)及兩者之間安裝的半導(dǎo)體溫差發(fā)電片(205)，儲熱箱(201)內(nèi)裝有溫度隨氣溫波動而緩慢變化的液體儲熱工質(zhì)(203)，經(jīng)過熱量的長期積累和抵消后液體儲熱工質(zhì)(203)的溫度趨于平均氣溫，在儲熱箱(201)內(nèi)、外形成動態(tài)氣溫與平均氣溫之間的動態(tài)溫差，并經(jīng)由外置換熱片(204)及內(nèi)置換熱片(206)送入半導(dǎo)體溫差發(fā)電片(205)的兩端，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為與動態(tài)溫差成正比的電壓并輸出。本發(fā)明具有效率及熱利用率高，電能輸出連續(xù)的特點，可對分布式無線傳感器節(jié)點等低功耗電子設(shè)備長期供電。
文檔編號H01L35/00GK102545715SQ201210007429
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月11日
發(fā)明者劉彥明, 李小平, 謝楷, 郭世忠, 黎劍兵 申請人:西安電子科技大學(xué)