基本信息
- 項目名稱：
- 基于熱管技術散熱的溫差發(fā)電系統(tǒng)
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 溫差發(fā)電是利用兩種連接起來的導電體或者半導體的塞貝克效應 ( Seebeck Effect) ,將熱能轉換成電能的一種技術 。由兩種不同類型的半導體構成的回路如右上圖 , 當裝置的一端處于高溫狀態(tài)另一端置于低溫狀態(tài)下 ,就會在回路中形成電動勢。
- 詳細介紹：
- P型與N型半導體結合的半導體發(fā)電，將器件一側維持在高溫，另一側維持在低溫，器件的高溫側向低溫側傳導熱能并產(chǎn)生熱流，當熱能從高溫側流入器件內(nèi)，通過器件將熱能排出，流入器件的一部分熱能不放熱，將熱能產(chǎn)生電勢而轉換成電能。本系統(tǒng)在實驗演示中以酒精燈模擬現(xiàn)實中回收的廢棄熱源在高溫側加熱，利用熱管與酒精，水混合液冷室相結合對低溫側散熱，產(chǎn)生的電能通過電路處理驅動智能調(diào)光LED照明燈，同時將多余的電能儲存蓄電池。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 發(fā)明目的：隨著時代的發(fā)展，全球普遍呈現(xiàn)出能源危機，能源問題得到越來越受到廣泛的關注，世界各國都在研發(fā)開發(fā)新能源。溫差發(fā)電被公認為繼太陽能發(fā)電與風力發(fā)電之后的第三種清潔能源發(fā)電方式。但長久以來，由于生產(chǎn)成本高，轉換效率低熱點技術僅限于航天軍事領域。本溫差發(fā)電系統(tǒng)是利用自制熱管與自動循環(huán)制冷室散熱從而增加差發(fā)電半導體的高溫面與低溫面的溫差從而提高熱電轉換效率，自制低成本，高效率散熱器降低發(fā)電裝置的造價，從而使半導體溫差發(fā)電技術開始從軍事航天領域向工業(yè)和民用方向普及。基本思路：利用西伯克效應將熱能直接轉換為電能。在兩塊不同性質的半導體兩端設置一個溫差，于是在半導體兩端就產(chǎn)生了直流電壓。 創(chuàng)新點：a.溫差發(fā)電技術是一種將熱能直接轉換成 電能的環(huán)保能源發(fā)電方式；b.有效的利用生活中廢棄的熱能（汽車發(fā)動機熱、爐壁熱、地熱等）產(chǎn)生溫差來發(fā)電，而不消耗任何能源；c.利用超導熱性能元件熱管進行熱傳導和散熱，熱管具有傳熱系數(shù)高、傳熱溫差小及熱二極管性等優(yōu)點；d.充分利用酒精和水的物理屬性對半導體發(fā)電器冷側散熱； 技術關鍵：a.半導體溫差發(fā)電片冷側的散熱技術；b.自制低成本、高效率熱管，其中包括熱管中工質液體的選擇以及液體的定量； 主要技術指標：熱電模塊熱面溫度可長期承受260度的高溫可達360度。冷面最高可承受160度的高溫，能接受大部分生活中的廢熱供能進行發(fā)電;
科學性、先進性
- 實質性的技術特點：a.利用低成本、低功耗熱管散熱的技術實現(xiàn)溫差發(fā)電的高效率；b.采用自動調(diào)光的LED燈照明系統(tǒng)。 顯著進步：相比于目前常用的方法，該裝置有以下3個顯著進步： a.采用自制極高導熱性能元件熱管散熱為主，自制自動循環(huán)冷室對溫差半導體冷側散熱為輔的高效環(huán)保節(jié)能降溫方案，實現(xiàn)真正意義上的無源散熱；b.實現(xiàn)低成本，相對高效率溫差發(fā)電； 技術性分析說明：a.在一個真空的密閉金屬管殼中填充一定量（占蒸發(fā)段20%～25%）各種液體（工質）（水，無水乙醇，丙酮，導熱姆等）形成一個傳熱的管子，即熱管。其傳熱機理即工質在蒸發(fā)段受熱氣化上升到冷凝段放出汽化潛熱后變?yōu)橐后w再返回到蒸發(fā)段，內(nèi)能不消耗的可逆循環(huán)；b.自制自動循環(huán)制冷室原理與熱管同理，但室內(nèi)的液體是易蒸發(fā)的乙醇與比熱容相對較大水混合液，這樣結合酒精汽化制冷與水吸熱比較大的優(yōu)點于一體，從而高效制冷散去半導體冷側的溫度，提高溫差發(fā)電的效率；
獲獎情況及鑒定結果
- 無
作品所處階段
- 實驗室階段
技術轉讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 模型
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 使用說明：本發(fā)電裝置可隨時移動。 技術特點及優(yōu)勢：溫差發(fā)電是一種利用熱電材料實現(xiàn)熱能和電能直接轉換的一種技術.具有以下優(yōu)點：a.利用廢棄的熱能轉換成有價值的能源，實現(xiàn)能源的再利用循環(huán)；b.轉換過程中不需要任何附加的機械運動部件，因而沒有震動和噪聲、結構緊湊；c.利用超熱導體熱管技術和可循環(huán)的制冷室進行溫差半導體冷側散熱 適應范圍：適用用于航天軍事,工業(yè)，民用等領域發(fā)電系統(tǒng)。 推廣前景：半導體溫差發(fā)電技術目前主要用于油田、航空、軍事等領域。該項目的另一市場化領域在于將發(fā)電裝置用于太陽能、地熱、工業(yè)廢能等的利用，使熱能直接轉化為電能。隨著人類日漸展開,在地球難于到達地區(qū)日益增加的資源考察與探查活動,需要開發(fā)一類能夠自身供能的電源系統(tǒng),溫差發(fā)電對這些應用極為適合。隨著全球石油消耗的劇增而伴隨的全球能源價格的不斷攀升，越來越多的技術活動集中到新能源的開發(fā)及各類能源的綜合利用方面。尤其是自然界中存在溫差的利用以及工業(yè)余熱的開發(fā)利用,擁有廣闊的市場前景和可觀的經(jīng)濟效益。
同類課題研究水平概述
- 我們通過網(wǎng)絡和圖書館查閱了相關資料，了解了相關的信息，現(xiàn)對當前國內(nèi)外同類課題研究水平做如下概述： 目前，發(fā)達國家已經(jīng)先后將溫差電技術的發(fā)展列入了中長期能源開發(fā)計劃中。美國傾向于航天、軍事、高科技領域的應用；而日本在廢氣廢熱利用方面居于世界領先地位；歐盟重點研究小功率電源產(chǎn)品的開發(fā)。 1988年美國生產(chǎn)了一種外型尺寸為41.2cmX42.2cmX27.3cm的燃燒式溫差發(fā)電器,該設備的發(fā)電元件由120對熱電偶組成,可使用多種軍用燃油,一次裝載后能實現(xiàn)連續(xù)發(fā)電。 2003年黎巴嫩大學的學者將溫差電發(fā)電器的熱端與該國的一種做飯用的火爐外壁連接，冷端置于空氣中，利用爐壁的高溫與環(huán)境的溫差來發(fā)電。 2004年泰國學者通過利用置于屋頂?shù)你~板吸收太陽能集熱升溫與環(huán)境之間的溫差發(fā)電帶動軸流風機引導屋頂空氣自然對流從而達到給屋頂降溫的效果。 雖然我國在半導體溫差發(fā)電的理論研究方面具有一定的實力，但是在溫差電的應用方面完全處于起步階段。典型的單位有中國科學院半導體研究所、北京科技大學、浙江大學等。 2001年，西安交通大學陳浩，在國內(nèi)第一次研究了半導體熱電堆的溫差發(fā)電問題，提出了有用的求解的方法和分析的公式舊。 2005年浙江大學錢劍鋒設計了實際可用的熱電式微電源。這些研究，為國內(nèi)半導體溫差發(fā)電的設計和進一步應用提供了理論和實驗依據(jù)。 除此之外，在國內(nèi)學術領域中也進行了大量有價值的研究 基于以上分析我國在溫差發(fā)電技術上起步晚，在技術和產(chǎn)品創(chuàng)新方面還是空白，尤其實在已有研究上有效利用能源，達到最大功率的發(fā)電效果，內(nèi)部工質的選擇，價格偏高，熱管系統(tǒng)的自控問題，應用范圍不廣，而且在一些工業(yè)上出現(xiàn)一些灰堵，漏點腐蝕等問題，使系統(tǒng)長期可靠的運行等方面，則是半導體溫差發(fā)電器發(fā)電向實際運用轉化所亟待解決的問題。 而我們的基于熱管技術散熱的溫差發(fā)電系統(tǒng)中溫差發(fā)電裝置采用自制高效率熱管，自制自動循環(huán)冷室對半導體溫差發(fā)電片進行散熱性價比相對較高，解決了以上大部分且具有安裝、控制和維護方便、使用簡便，可以長期免維護工作。同時，體積小，重量輕，便于攜帶、運輸。可隨時隨地利用一切可利用的廢熱進行實時發(fā)電，本溫差發(fā)電系統(tǒng)的研發(fā)利于半導體溫差發(fā)電技術向工業(yè)和民用推廣普及。
