[發明專利]一種黑磷/溴化鈉堆棧近場輻射熱光伏發電裝置

有效

• 申請號: 202011029520.7
• 申請日: 2020-09-27
• 公開（公告）號: CN112234912B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 易紅亮;周承隆;張勇;談和平
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02S10/30
• 分類號: H02S10/30;H02N2/00;H01L31/052
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 裴閃閃

一種基于柴油機煙氣余熱的黑磷/溴化鈉堆棧近場輻射熱光伏發電裝置。本發明屬于柴油機余熱發電系統領域。本發明的目的是為了解決現有循環余熱發電系統由于其自身體積與質量的限制而導致其應用受限和效率不高的技術問題。本發明的一種基于柴油機煙氣余熱的黑磷/溴化鈉堆棧近場輻射熱光伏發電裝置包括從上至下依次設置的煙氣換熱器、導熱墊片、熱發射體、光伏電池、熱沉和壓電納米位移裝置，所述熱發射體和光伏電池之間具有納米量級的真空間隙，所述真空間隙的大小通過壓電納米位移裝置控制。本發明的熱光伏發電裝置，實現了余熱利用設備的小型化和輕質化，此外很好地將柴油機煙氣余熱轉換成可以直接利用的直流電能，無需額外的管路和機械部件配。

技術領域

本發明屬于柴油機余熱發電系統領域，具體涉及一種黑磷/溴化鈉堆棧近場輻射熱光伏發電裝置。

背景技術

要保證石油供給安全就要減少對石油的進口，可以通過兩種方法實現，一種是通過科技進步，發展替代燃料，減少對石油的依賴。另一種就是各行各業的技術革新，提高能源利用率或和廢棄能量回收率。

近年來，對低品位熱源的使用的意識吸引了世界各地的研究人員的廣泛研究。特別是在柴油機領域，因為燃料成本的增加，人們逐漸將注意力轉移向如何進一步提高柴油機的燃料利用效率，以期獲得更高質量的推進系統和更低的運營成本。據記錄，柴油機中燃料燃燒釋放的能量只有一部分(約40-50%)轉化為有用的功，而產生的廢氣蘊含的余熱約占燃料釋放能量的20-40%。如此巨大的廢熱產生的浪費極大地增加了運行成本，也增加了對環境的污染。柴油機的熱效率主要取決于總壓力比，當今的柴油機的性能已經優化到很高的水平，借助已知概念進行進一步改進似乎越來越困難，必須考慮采用新技術，以減少未來柴油機的燃油消耗和環境污染。2013年美國 Argonne 國家實驗室就在其報告中指出：在發動機的各項節能技術中，余熱能回收（WHR）具有最大的效率提升和節能潛力。在所散失的能量里，排氣所占的比例較大，且研究表明排氣能量品質較高。因此有效回收利用這部分能量對于降低內燃機能源消耗，降低CO₂及污染物排放具有重要的經濟價值和社會意義。

到目前為止，最受到廣泛關注的排氣余熱回收技術主要有如下幾種：

1）熱電材料：將包含熱電材料的模塊放置在排氣管中回收余熱，熱電模塊可以在兩側存在溫差時產生電壓，并形成電流，溫差越大，電壓越高，因此可將排氣的余熱能轉化為電能

2）有機朗肯循環（ORC）：有機工質在蒸發器中吸收排氣的熱量，然后產生過熱蒸汽，推動膨脹機產生動力做功，最后在冷凝器中冷卻后由工質泵重新送回蒸發器中，以循環的形成回收排氣的余熱能。

在目前所有這些余熱回收技術中，熱電材料具有尺寸小、質量輕、無任何機械轉動部分，工作無噪聲，無液態或氣態介質，因此不存在污染環境的問題，可實現精確控溫，響應速度快，器件使用壽命長等優勢。但受困于目前材料的塞貝克系數較低，基于熱電材料的溫差發電系統的效率過低(10%)，在實際應用中前景受到了一定的限制。有機朗肯循環余熱作為目前商用最為成熟的技術，被廣泛的應用于船舶燃氣輪機余熱發電、船舶柴油機余熱發電等工業國防中。但是受限于余熱循環中膨脹機等零部件的體積，余熱系統的體積和質量存在很大的限制。大型客車或者貨車的可利用空間十分有限，而且油耗對汽車自重十分敏感，研究顯示，汽車重量每增加100Kg，百公里油耗會增加0.7L左右。同時，為了適應客車或者貨車對余熱系統的尺寸要求，有機朗肯循環余熱利用系統的系統部件尺寸的縮小是以犧牲系統性能為代價的。當系統中換熱器的NTU數（與換熱面積相關）增加時，系統的換熱量、做功量和熱效率都會增加。但當其尺寸縮小時，系統的作功能力將會發生劇烈的衰減。綜上所述，這些不足之處將會嚴重限制有機朗肯循環余熱發電系統在客車或者貨車上的應用前景。尋找一種兼具質量輕、效率高的余熱發電技術的科學問題也慢慢凸現出來，成為影響甚至是制約客車或者貨車發動機余熱回收技術發展和應用的關鍵因素。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有循環余熱發電系統由于其自身體積與質量的限制而導致其應用受限和效率不高的技術問題，而提供一種黑磷/溴化鈉堆棧近場輻射熱光伏發電裝置。