[發(fā)明專利]一種導(dǎo)熱材料基板熱能直接發(fā)電系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711304728.3
• 申請(qǐng)日: 2017-12-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108092553B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李克文;劉昌為;陳金龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)
• 主分類號(hào): H02N11/00
• 分類號(hào): H02N11/00;H01L35/28
• 代理公司: 11279 北京中譽(yù)威圣知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 蔣常雪

本發(fā)明公開(kāi)了一種導(dǎo)熱材料基板熱能直接發(fā)電系統(tǒng)，包括多個(gè)相互連接的發(fā)電單元，發(fā)電單元由一對(duì)相對(duì)設(shè)置的導(dǎo)熱材料基板構(gòu)成，使用時(shí)兩塊基板具有溫度差，溫度較低基板上設(shè)置有基板電路、一組或多組半導(dǎo)體發(fā)電PN粒子和基板電路輸出端口；溫度較高基板上設(shè)置有基板電路；相鄰的多個(gè)相互串聯(lián)的發(fā)電單元的安裝方式為，溫度較低的板和其相鄰的發(fā)電單元的溫度較低板連接，溫度較高板和其相鄰的發(fā)電單元的溫度較高板連接。本發(fā)明將帶有電路的冷、熱端導(dǎo)熱材料基板、半導(dǎo)體發(fā)電PN粒子和流體回路形成一個(gè)整體，無(wú)需涂抹導(dǎo)熱絕緣材料，不易碎，模塊化程度高，制作工藝簡(jiǎn)單，降低了發(fā)電成本、提高了效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種發(fā)電技術(shù)，具體地說(shuō)，涉及一種導(dǎo)熱材料基板熱能直接發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)

世界上存在大量的熱能沒(méi)有被合理開(kāi)發(fā)與利用，例如廣泛存在于工業(yè)領(lǐng)域的廢熱余熱、遍布分布于地下的地?zé)豳Y源等。減少溫室氣體排放和限制生態(tài)足跡是人類未來(lái)許多年將要面臨的主要挑戰(zhàn)之一。

熱能大量消耗的同時(shí)電力需求也在與日俱增。研究人員和行業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)之一就是如何將散失掉的熱能轉(zhuǎn)化為電力。

勞倫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室利弗莫爾的能源研究估計(jì)美國(guó)在2014年有以下重要的數(shù)據(jù)(使用的單位是Quad，庫(kù)德，能量單位，1庫(kù)德相當(dāng)于2 400百萬(wàn)公噸石油，約2.93億MW·h.)：電力住宅用電為12.4Quads，商業(yè)和工業(yè)消耗大約38.4Quads的一次能源(主要是化石燃料或核能)。25.8Quads廢熱釋放到空氣中。交通運(yùn)輸部門消耗27.1Quads的一次能源其中的21.4Quads被釋放到了空氣當(dāng)中。這些結(jié)果顯示廢熱回收利用大有可為。但廢熱資源的絕大部分處于中低品位。

目前使用較為廣泛的發(fā)電技術(shù)，如中低溫朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，存在費(fèi)用高、效率低，維護(hù)難，工質(zhì)泄漏等缺點(diǎn)。

熱能直接發(fā)電技術(shù)是基于塞貝克效應(yīng)，將熱能直接轉(zhuǎn)化為電能，無(wú)機(jī)械功轉(zhuǎn)化，具有維護(hù)費(fèi)用低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于模塊化，對(duì)環(huán)境友好等特點(diǎn)，在利用中低品位熱能時(shí)具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

1821年，塞貝克首先觀察到了溫差電的第一個(gè)效應(yīng)，圖1為塞貝克效應(yīng)原理示意圖，如圖1所示，A、B為兩種不同金屬，T1，T2為不同溫度，如果兩種不同的金屬在兩處相接，并且兩個(gè)結(jié)點(diǎn)保持不同的溫度，就會(huì)有電流連續(xù)不斷地流過(guò)電路。塞貝克本人對(duì)這種從熱到電的轉(zhuǎn)化(溫差電)沒(méi)有給予正確的解釋，因而也就沒(méi)有作深入的研究。所以“塞貝克效應(yīng)”長(zhǎng)達(dá)一個(gè)多世紀(jì)無(wú)人過(guò)問(wèn)。

溫差電現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)后將近一個(gè)世紀(jì)，并未得到實(shí)際應(yīng)用，原因是金屬的溫差電效應(yīng)非常微弱。溫差電技術(shù)的真正復(fù)興可以認(rèn)為從二十世紀(jì)30年代開(kāi)始，杰出的蘇聯(lián)物理學(xué)家約飛最早提出采用半導(dǎo)體材料作為溫差電換能材料，特別是首先提出的固熔體合金的概念，為溫差電技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用奠定了理論與技術(shù)基礎(chǔ)。

圖2為熱能直接發(fā)電技術(shù)原理圖，該裝置的發(fā)電是基于塞貝克效應(yīng)原理來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如圖2所示，上端Q為熱輸入，形成100為熱端，下端Q熱散失形成200為冷端，熱端和冷端之間通過(guò)半導(dǎo)體發(fā)電PN粒子(半導(dǎo)體P極粒子和半導(dǎo)體N極粒子)的導(dǎo)通形成電流300，并通過(guò)400進(jìn)行電能輸出。

圖3是熱能直接發(fā)電流程圖。通過(guò)流動(dòng)的熱流穩(wěn)定地為每塊熱電芯片的熱面提供熱量，同時(shí)通過(guò)流動(dòng)的冷卻液將每塊熱電芯片的冷面散發(fā)的熱帶走，發(fā)電模塊的冷熱面形成溫差，通過(guò)溫差來(lái)發(fā)電。