專利名稱：一種熱泵型溫差發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種熱泵型溫差發(fā)電裝置本實(shí)用新型涉及發(fā)電裝置，具體地講，涉及一種溫差發(fā)電裝置。 [背景技術(shù)]我們現(xiàn)今所使用的能源，有些直接來自太陽，如太陽能板；有些是太陽能轉(zhuǎn)化的 能源，像水能、風(fēng)能、生物能，有些是早期由太陽能轉(zhuǎn)化來的一直儲(chǔ)存在地球上的能源，像煤 炭、石油這樣的化石燃料。為了方便使用，人們把這些能源轉(zhuǎn)換為電能，如果我們把火電廠看作一個(gè)黑盒子 的話，那么輸入的是煤，亦即熱量，輸出的是電能。熱量能使實(shí)體物質(zhì)產(chǎn)生溫差，那么如果能 夠開發(fā)出一種裝置使實(shí)體物質(zhì)如空氣產(chǎn)生溫差，來提取能量進(jìn)行發(fā)電，也就實(shí)現(xiàn)利用周圍 環(huán)境物質(zhì)中的能量來實(shí)現(xiàn)裝置的自發(fā)電。該空氣源溫差發(fā)電裝置需要兩種技術(shù)的支撐熱泵技術(shù)和溫差發(fā)電技術(shù)。熱泵技術(shù)空氣源熱水器就是個(gè)典型的熱泵，它基于逆卡諾循環(huán)原理，將工作介 質(zhì)通過壓縮膨脹釋放的相變循環(huán)，吸收周圍環(huán)境空氣中的熱量并壓縮升溫后轉(zhuǎn)移到被加 熱側(cè)，它消耗的電能僅僅是壓縮機(jī)用來搬運(yùn)空氣能源所用的能量，因此熱效率(COP)高達(dá) 380% -800%, COP理論值高達(dá)1000% ；也就是說每付出IkWh的電量作為催化劑就能產(chǎn)生 等效于3-8kWh的熱量，這其中IkWh來于電力，另外2-6kWh來源于空氣。能量守恒公式為空間2獲得能量=空間1失去能量+為轉(zhuǎn)移能量所付出的電能溫差發(fā)電技術(shù)人們根據(jù)賽貝克效應(yīng)制造了溫差發(fā)電器件，它具有壽命長(zhǎng)、無須維 護(hù)、無污染、無振動(dòng)等特點(diǎn)；隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，溫差發(fā)電器件取得相當(dāng)?shù)倪M(jìn)步，但 轉(zhuǎn)換效率還有待提高。熱電轉(zhuǎn)換效率主要由熱電優(yōu)值(ZT)來決定，ZT = S2T0 /K(S是材料的熱電動(dòng)勢(shì)率 即賽貝克系數(shù)，T為絕對(duì)溫度，σ為電導(dǎo)率，K為熱導(dǎo)率)。因此，提高ZT值一直是研究熱 電材料的主要工作，目前美國Hi-ZTechnology公司溫差電器件ZT接近3，2年后預(yù)計(jì)會(huì)提 高到ZT = 4，溫差發(fā)電效率達(dá)20% ；如果使用新型的量子阱材料，效率還有望達(dá)到35%。 隨著新材料和工藝的提高，溫差發(fā)電器件的熱電轉(zhuǎn)換效率會(huì)不斷的提高，改技術(shù)方案的發(fā) 電效率和實(shí)用價(jià)值也會(huì)不斷提高。本實(shí)用新型的目的在于利用現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)和優(yōu)化組合，提供一種熱泵型溫差發(fā) 電裝置，以實(shí)現(xiàn)把空氣(或其它物質(zhì)，如海水)中的熱能轉(zhuǎn)化為電能并輸出，并且隨著熱泵 和溫差發(fā)電效率的提高，該裝置的效率得到有效會(huì)的提高；即實(shí)現(xiàn)吸收自然界中蘊(yùn)含的能 量進(jìn)行發(fā)電。本實(shí)用新型提供的一種熱泵型溫差發(fā)電裝置，其中所述溫差發(fā)電裝置包括變頻壓 縮機(jī)、溫差發(fā)電模塊、耐壓散熱管路、熱水容器、電子膨脹閥、逆變器和溫度控制器；所述變 頻壓縮機(jī)的工作回路中分低壓區(qū)、高壓區(qū)，變頻壓縮機(jī)一端與低壓區(qū)管路的總出口相連，另一端與高壓區(qū)管路總出口相連；在溫差發(fā)電裝置的內(nèi)部，電子膨脹閥的兩端分別連接低壓 區(qū)管路和高壓區(qū)管路的另一個(gè)出口 ；所述溫度控制器的溫度傳感器安裝在溫差發(fā)電裝置內(nèi) 部的高壓區(qū)，其控制線路與變頻壓縮機(jī)相連；所述溫差發(fā)電模塊緊貼于高壓區(qū)和低壓區(qū)之 間，所述變頻壓縮機(jī)、溫差發(fā)電模塊、耐壓散熱管路、熱水容器、電子膨脹閥、逆變器和溫度 控制器的接線端子經(jīng)過串并聯(lián)后經(jīng)總線連接到逆變器的直流母線上。本實(shí)用新型提供的一種熱泵型溫差發(fā)電裝置，所述溫差發(fā)電裝置包括吸熱外殼， 吸熱外殼與熱水容器間設(shè)有保溫材料、導(dǎo)熱材料和溫差發(fā)電模塊，所述導(dǎo)熱材料設(shè)在溫差 發(fā)電模塊的外層，保溫材料散布導(dǎo)熱材料的外圍。操作時(shí)，開始啟動(dòng)階段，接通外部電源后，變頻壓縮機(jī)啟動(dòng)，將低壓蒸發(fā)區(qū)內(nèi)部的 低壓工質(zhì)氣體(氨或氟里昂)壓縮成高壓飽和氣體，送入高壓區(qū)管路內(nèi)，在壓縮的同時(shí)，工 質(zhì)氣體的溫度會(huì)升高，通過管路把熱傳給容器內(nèi)的水，使水溫不斷提高，而工質(zhì)被壓縮成液 體，該液體經(jīng)電子膨脹閥節(jié)流降溫后再次流入低壓蒸發(fā)區(qū)，由于壓力驟降，液態(tài)工質(zhì)立即變 成氣態(tài)工質(zhì)，在蒸發(fā)過程中不斷經(jīng)低壓管路外殼吸收空氣中的熱量，如此反復(fù)循環(huán)工作，空 氣中的熱能被不斷“泵”送到水中，使保溫水箱里的水溫逐漸升高，最后達(dá)到95°C以上，此時(shí) 高壓區(qū)和低壓區(qū)溫度差達(dá)到70°C以上，而該溫差梯度場(chǎng)使溫差發(fā)電模塊不斷發(fā)出電能。保溫材料和導(dǎo)熱材料保證了熱泵產(chǎn)生的熱能只能通過溫差發(fā)電模塊從熱端傳到 冷端，溫差發(fā)電模塊在冷端和熱端之間，并有導(dǎo)熱材料加強(qiáng)其導(dǎo)熱效率；冷熱端之間空隙 以及熱端水箱都有保溫材料填充以達(dá)到絕熱的目的，熱端內(nèi)部加裝溫度傳感器，用以控制 變頻壓縮機(jī)(變頻節(jié)能)的啟停，實(shí)現(xiàn)投入功率最小化。由于熱泵的作用使得冷熱端溫差加大，溫差加大后提高溫差發(fā)電的輸出功率，形 成了溫差正循環(huán)。圖示僅為該種裝置的一種類型，其中熱泵的熱源可以有很多種，如地?zé)?源、海水等。當(dāng)前在實(shí)驗(yàn)室中，熱泵的最高的熱效率(COP)值能達(dá)到8. 0，我們這里保守的取值 為7. 0 ；系統(tǒng)中未轉(zhuǎn)化為電能的熱量又傳導(dǎo)到冷端，形成溫差能量正循環(huán)，所以此時(shí)熱泵的 COP值應(yīng)更高。溫差發(fā)電模塊的效率取保守的16%，那么我們整個(gè)系統(tǒng)的效率η = 7.0*16%= 112%> 100%上式說明我們的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)能能量自我維持并有盈余，也就實(shí)現(xiàn)了把空氣中的熱能 轉(zhuǎn)化為電能并輸出，并且隨著熱泵和溫差發(fā)電效率的提高，該裝置的效率會(huì)有很大的提高。本實(shí)用新型提出了一種通過對(duì)熱泵技術(shù)和溫差發(fā)電技術(shù)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)自持發(fā)電的 新模式，為新能源的利用發(fā)展提供了創(chuàng)新性的發(fā)展方向。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型提供的熱泵型溫差發(fā)電裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)1、該專利裝置發(fā)電不需要石化能源，將改變我們的用能觀念，將會(huì)有很大的后續(xù) 經(jīng)濟(jì)效益，如改用海水溫差，地?zé)嵩吹忍岣甙l(fā)電效率。2、該電源裝置適應(yīng)性強(qiáng)，不像風(fēng)電、太陽能等容易受到天氣的影響，且該裝置的容 量規(guī)?？纱罂尚。奖銓?shí)用。3、該電源裝置也是另外一種分布式電源，可以孤島運(yùn)行，也可以并網(wǎng)，不但適應(yīng)偏 遠(yuǎn)山區(qū)的電力需求，更可以作為居民家中的夏季的降溫、發(fā)電一舉多得的設(shè)備使用。4、將不斷發(fā)展的熱泵技術(shù)和溫差發(fā)電技術(shù)相結(jié)合，利用一定的組合方式從外界吸 收能量來實(shí)現(xiàn)自持發(fā)電。[
]圖1是本實(shí)用新型提供的一種熱泵型溫差發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1、變頻壓縮機(jī)；2、溫差發(fā)電模塊；3、吸熱外殼；4、耐壓散熱管路；5、熱水容 器；6、電子膨脹閥；7、逆變器；8、溫度控制器；9、保溫材料；10、導(dǎo)熱材料；11、高壓區(qū)；12、 低壓區(qū)。以下通過附圖說明及具體實(shí)施方式
，對(duì)本實(shí)用新型提供的一種熱泵型溫差發(fā)電裝 置做進(jìn)一步更詳細(xì)的說明。[實(shí)施例1]本實(shí)施例的熱泵型溫差發(fā)電裝置，如圖1所示它主要是由變頻壓縮機(jī)1、溫差發(fā) 電模塊2、耐壓散熱管路4、熱水容器5、電子膨脹閥6、逆變器7和IC溫度控制器8組成；變 頻壓縮機(jī)1的工作回路中分低壓區(qū)12、高壓區(qū)11，變頻壓縮機(jī)1 一端與低壓區(qū)12管路的總 出口相連，另一端與高壓區(qū)11管路總出口相連；在溫差發(fā)電裝置的內(nèi)部，電子膨脹閥6的兩 端分別連接低壓區(qū)12管路和高壓區(qū)11管路的另一個(gè)出口 ；溫度控制器8的溫度傳感器安 裝在溫差發(fā)電裝置內(nèi)部的高壓區(qū)11，其控制線路與變頻壓縮機(jī)1相連；溫差發(fā)電模塊2緊 貼于高壓區(qū)11和低壓區(qū)12之間，變頻壓縮機(jī)1、溫差發(fā)電模塊2、耐壓散熱管路4、熱水容器 5、電子膨脹閥6、逆變器7和溫度控制器8的接線端子經(jīng)過串并聯(lián)后經(jīng)總線連接到逆變器7 的直流母線上。溫差發(fā)電裝置包括吸熱外殼3，吸熱外殼3與熱水容器5間設(shè)有保溫材料9、導(dǎo)熱 材料10和溫差發(fā)電模塊2，導(dǎo)熱材料10設(shè)在溫差發(fā)電模塊2的外層，保溫材料9散布導(dǎo)熱 材料的外圍。開始啟動(dòng)階段，接通外部電源后，變頻壓縮機(jī)啟動(dòng)，將低壓區(qū)12內(nèi)部的低壓工質(zhì) 氣體(氨或氟里昂)壓縮成高壓飽和氣體，送入高壓區(qū)11管路內(nèi)，在壓縮的同時(shí)，工質(zhì)氣體 的溫度會(huì)升高，通過管路把熱傳給容器內(nèi)的水，使水溫不斷提高，而工質(zhì)被壓縮成液體，該 液體經(jīng)電子膨脹閥節(jié)流降溫后再次流入低壓區(qū)12，由于壓力驟降，液態(tài)工質(zhì)立即變成氣態(tài) 工質(zhì)，在蒸發(fā)過程中不斷經(jīng)低壓管路外殼吸收空氣中的熱量，如此反復(fù)循環(huán)工作，空氣中的 熱能被不斷“泵”送到水中，使保溫水箱里的水溫逐漸升高，最后達(dá)到95°C以上，此時(shí)高壓區(qū) 11和低壓區(qū)12溫度差達(dá)到70°C以上，而該溫差梯度場(chǎng)使溫差發(fā)電模塊不斷發(fā)出電能。最后應(yīng)當(dāng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非對(duì)其限 制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng) 理解技術(shù)人員閱讀本申請(qǐng)說明書后依然可以對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
進(jìn)行修改或者 等同替換，但這些修改或變更均未脫離本實(shí)用新型申請(qǐng)待批權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種熱泵型溫差發(fā)電裝置，其特征在于所述溫差發(fā)電裝置包括變頻壓縮機(jī)(1)、溫 差發(fā)電模塊O)、耐壓散熱管路G)、熱水容器(5)、電子膨脹閥(6)、逆變器(7)和溫度控制 器(8)；所述變頻壓縮機(jī)(1)的工作回路中分低壓區(qū)、高壓區(qū)，變頻壓縮機(jī)(1) 一端與低壓 區(qū)管路的總出口相連，另一端與高壓區(qū)管路總出口相連；在溫差發(fā)電裝置的內(nèi)部，電子膨脹 閥(6)的兩端分別連接低壓區(qū)管路和高壓區(qū)管路的另一個(gè)出口 ；所述溫度控制器(8)的溫 度傳感器安裝在溫差發(fā)電裝置內(nèi)部的高壓區(qū)，其控制線路與變頻壓縮機(jī)(1)相連；所述溫 差發(fā)電模塊( 緊貼于高壓區(qū)和低壓區(qū)之間，所述變頻壓縮機(jī)(1)、溫差發(fā)電模塊O)、耐壓 散熱管路G)、熱水容器(5)、電子膨脹閥(6)、逆變器(7)和溫度控制器(8)的接線端子經(jīng) 過串并聯(lián)后經(jīng)總線連接到逆變器(7)的直流母線上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫差發(fā)電裝置，其特征在于所述溫差發(fā)電裝置包括吸熱外殼 (3)，吸熱外殼(3)與熱水容器(5)間設(shè)有保溫材料(9)、導(dǎo)熱材料(10)和溫差發(fā)電模塊 O)，所述導(dǎo)熱材料(10)設(shè)在溫差發(fā)電模塊(2)的外層，保溫材料(9)散布導(dǎo)熱材料的外 圍。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種熱泵型溫差發(fā)電裝置，其特征在于所述變頻壓縮機(jī)(1)的工作回路中分低壓區(qū)(12)、高壓區(qū)(11)，變頻壓縮機(jī)(1)一端與低壓區(qū)(12)管路的總出口相連，另一端與高壓區(qū)(11)管路總出口相連；在溫差發(fā)電裝置的內(nèi)部，電子膨脹閥(6)的兩端分別連接低壓區(qū)(12)管路和高壓區(qū)(11)管路的另一個(gè)出口；溫度控制器(8)的溫度傳感器安裝在溫差發(fā)電裝置內(nèi)部的高壓區(qū)(11)，其控制線路與變頻壓縮機(jī)(1)相連；溫差發(fā)電模塊(2)緊貼于高壓區(qū)和低壓區(qū)之間，所有模塊的接線端子經(jīng)過串并聯(lián)后經(jīng)總線連接到逆變器(7)的直流母線上。該裝置的效率得到有效會(huì)的提高；即實(shí)現(xiàn)吸收自然界中蘊(yùn)含的能量進(jìn)行發(fā)電。
文檔編號(hào)H02N11/00GK201878060SQ20102050520
公開日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2010年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月25日
發(fā)明者宋曉輝, 宋祺鵬, 楊紅磊, 王軍亮, 王金麗, 王金宇, 秦加林 申請(qǐng)人:中國電力科學(xué)研究院