[发明专利]一种大气温差发电装置

说明书

技术领域

本发明属于机电装置技术领域，特别涉及大气温差发电装置，可利用大气随时间变化的温差从大气中吸收能量进行发电。

背景技术

大气温度随时间的起伏变化本质上表征了能量的转移和流动，其能量具有无处不在以及连续输出的特点。由大气温度变化引起的温差作用于热-电换能器便可获得电能输出，可作为环境能量搜集的一个来源。对于沙漠、山区等无法通过架设电缆线供电的场合，可以“就地取材”，直接从大气中吸收能量为电子设备提供电力。

目前，已经得到应用的温差发电机主要为海洋温差发电机和大气温差发电机，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气之间的温差推动汽轮发电机转动发电。如图1所示，现有的一种温差发电机结构包括带有保温层的储能箱106，箱内设置内置换热片102，内置换热片102连接汽轮发电机汽轮室104，汽轮室另一端连接外置换热片101。外置换热片101和内置换热片102内装有沸点较低的液体，当气温与储能箱106之间有温差时，两换热片之间产生压力差，高温端换热片中液体沸腾，蒸汽通过导管103推动汽轮发电机107发电。蒸汽做功后从汽室另一端进入低温换热片，凝结成液体并将剩余热能传给低温端。由于大气温度随时间和天气不断变化，因此储能箱温度很难与大气温度保持平衡，原则上大部分时间均可发电，只有短暂的间歇时间，这种装置存在以下缺点：

1、能量的流动和转化过程可以概括为先由温差能转化为机械能，再由机械能转化为电能的两级过程，相比由温差能直接转化为电能的一级过程效率低。

2、只有当大气温度高于换热片内液体的沸点时，液体才能够吸热蒸发，推动汽轮发电机发电，反之无电能输出，因此，将有相当一部分低温、余热能量得不到利用，导致电能输出不连续且热利用率低。

3、由于包含汽轮等气动部件，长期运转容易导致零部件之间的磨损，此外由于换热片内的低沸点液体通常具有一定的腐蚀性，长期运作将加剧装置多个零部件的磨损，导致长期工作稳定性差。

4、外置换热片、内置换热片、导管及汽轮室等各零部件之间的接驳环节较多且接口复杂，难以保证良好的气密性以维持正常工作，装置的安装和后期维护困难。

5、装置体积庞大笨重，要求安装场地空旷平坦且占据空间大，因此实际应用受到场地限制。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有装置的不足，提出一种结构简单、易于装配与维护的大气温差发电装置，以避开机械能转化环节，将大气温差能直接转化为电能输出，提高装置的整机发电效率；同时，更加充分的利用低温、余热能量，提高装置的热利用率及电能输出的连续性。

为实现上述目的技术原理是：利用液体储热工质与大气进行热量交换的过程中，热量总收支的基本平衡，在内置换热片上获得平均大气温度，作为温差发电片的冷端参考温度；在外置换热片上获得大气温度，作为温差发电片的热端温度，从而在温差发电片的两端形成随时间变化的温差，由温差发电片转化为电能输出，整个装置包括：储热箱201、保温层202、外置换热片204、内置换热片206和液体储热工质203，其特征在于：外置换热片204，采用平板式金属散热器，水平固定于储热箱201的外顶面；内置换热片206，采用条棒式金属散热器，竖直固定于储热箱201的内部，上端面由储热箱201顶面的中心孔伸出；液体储热工质203，盛装于储热箱201中，在与大气持续交换热量的过程中得到平均气温；所述的外置换热片204与内置换热片206之间安装有半导体温差发电片205，三者共同构成了液体储热工质203与大气之间的热量交换通路，该半导体温差发电片205的上、下两个端面分别与外、内置换热片的下、上端面紧密接触，将来自外置换热片204的大气温度与来自内置换热片206的平均气温之间的温差转换为正比于该温差的输出电压。

上述大气温差发电装置，其中所述平板式金属散热器的上端面为条形散热肋片，下端面为平面，形成梳子形结构；该平板式金属散热器的下端面与半导体温差发电片205的上端面紧密接触，上端面的散热肋片与空气充分接触以交换热量，使温度与大气的温度保持一致。

上述大气温差发电装置，其中所述条棒式金属散热器的上、下两个端面均为平面，柱面为环形散热肋片，形成回旋形结构；该条棒式金属散热器的上端面与半导体温差发电片205的下端面紧密接触，且柱面的散热肋片与液体储热工质203充分接触以交换热量，使温度与液体储热工质203的温度保持一致。

上述大气温差发电装置，其中所述半导体温差发电片205与外置换热片204及内置换热片206的接触面均涂敷有导热硅酯，以降低接触热阻。