基本信息
- 项目名称：
- 基于热管技术散热的温差发电系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 温差发电是利用两种连接起来的导电体或者半导体的塞贝克效应 ( Seebeck Effect) ,将热能转换成电能的一种技术 。由两种不同类型的半导体构成的回路如右上图 , 当装置的一端处于高温状态另一端置于低温状态下 ,就会在回路中形成电动势。
- 详细介绍：
- P型与N型半导体结合的半导体发电，将器件一侧维持在高温，另一侧维持在低温，器件的高温侧向低温侧传导热能并产生热流，当热能从高温侧流入器件内，通过器件将热能排出，流入器件的一部分热能不放热，将热能产生电势而转换成电能。本系统在实验演示中以酒精灯模拟现实中回收的废弃热源在高温侧加热，利用热管与酒精，水混合液冷室相结合对低温侧散热，产生的电能通过电路处理驱动智能调光LED照明灯，同时将多余的电能储存蓄电池。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 发明目的：随着时代的发展，全球普遍呈现出能源危机，能源问题得到越来越受到广泛的关注，世界各国都在研发开发新能源。温差发电被公认为继太阳能发电与风力发电之后的第三种清洁能源发电方式。但长久以来，由于生产成本高，转换效率低热点技术仅限于航天军事领域。本温差发电系统是利用自制热管与自动循环制冷室散热从而增加差发电半导体的高温面与低温面的温差从而提高热电转换效率，自制低成本，高效率散热器降低发电装置的造价，从而使半导体温差发电技术开始从军事航天领域向工业和民用方向普及。基本思路：利用西伯克效应将热能直接转换为电能。在两块不同性质的半导体两端设置一个温差，于是在半导体两端就产生了直流电压。 创新点：a.温差发电技术是一种将热能直接转换成 电能的环保能源发电方式；b.有效的利用生活中废弃的热能（汽车发动机热、炉壁热、地热等）产生温差来发电，而不消耗任何能源；c.利用超导热性能元件热管进行热传导和散热，热管具有传热系数高、传热温差小及热二极管性等优点；d.充分利用酒精和水的物理属性对半导体发电器冷侧散热； 技术关键：a.半导体温差发电片冷侧的散热技术；b.自制低成本、高效率热管，其中包括热管中工质液体的选择以及液体的定量； 主要技术指标：热电模块热面温度可长期承受260度的高温可达360度。冷面最高可承受160度的高温，能接受大部分生活中的废热供能进行发电;
科学性、先进性
- 实质性的技术特点：a.利用低成本、低功耗热管散热的技术实现温差发电的高效率；b.采用自动调光的LED灯照明系统。 显著进步：相比于目前常用的方法，该装置有以下3个显著进步： a.采用自制极高导热性能元件热管散热为主，自制自动循环冷室对温差半导体冷侧散热为辅的高效环保节能降温方案，实现真正意义上的无源散热；b.实现低成本，相对高效率温差发电； 技术性分析说明：a.在一个真空的密闭金属管壳中填充一定量（占蒸发段20%～25%）各种液体（工质）（水，无水乙醇，丙酮，导热姆等）形成一个传热的管子，即热管。其传热机理即工质在蒸发段受热气化上升到冷凝段放出汽化潜热后变为液体再返回到蒸发段，内能不消耗的可逆循环；b.自制自动循环制冷室原理与热管同理，但室内的液体是易蒸发的乙醇与比热容相对较大水混合液，这样结合酒精汽化制冷与水吸热比较大的优点于一体，从而高效制冷散去半导体冷侧的温度，提高温差发电的效率；
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 模型
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明：本发电装置可随时移动。 技术特点及优势：温差发电是一种利用热电材料实现热能和电能直接转换的一种技术.具有以下优点：a.利用废弃的热能转换成有价值的能源，实现能源的再利用循环；b.转换过程中不需要任何附加的机械运动部件，因而没有震动和噪声、结构紧凑；c.利用超热导体热管技术和可循环的制冷室进行温差半导体冷侧散热 适应范围：适用用于航天军事,工业，民用等领域发电系统。 推广前景：半导体温差发电技术目前主要用于油田、航空、军事等领域。该项目的另一市场化领域在于将发电装置用于太阳能、地热、工业废能等的利用，使热能直接转化为电能。随着人类日渐展开,在地球难于到达地区日益增加的资源考察与探查活动,需要开发一类能够自身供能的电源系统,温差发电对这些应用极为适合。随着全球石油消耗的剧增而伴随的全球能源价格的不断攀升，越来越多的技术活动集中到新能源的开发及各类能源的综合利用方面。尤其是自然界中存在温差的利用以及工业余热的开发利用,拥有广阔的市场前景和可观的经济效益。
同类课题研究水平概述
- 我们通过网络和图书馆查阅了相关资料，了解了相关的信息，现对当前国内外同类课题研究水平做如下概述： 目前，发达国家已经先后将温差电技术的发展列入了中长期能源开发计划中。美国倾向于航天、军事、高科技领域的应用；而日本在废气废热利用方面居于世界领先地位；欧盟重点研究小功率电源产品的开发。 1988年美国生产了一种外型尺寸为41.2cmX42.2cmX27.3cm的燃烧式温差发电器,该设备的发电元件由120对热电偶组成,可使用多种军用燃油,一次装载后能实现连续发电。 2003年黎巴嫩大学的学者将温差电发电器的热端与该国的一种做饭用的火炉外壁连接，冷端置于空气中，利用炉壁的高温与环境的温差来发电。 2004年泰国学者通过利用置于屋顶的铜板吸收太阳能集热升温与环境之间的温差发电带动轴流风机引导屋顶空气自然对流从而达到给屋顶降温的效果。 虽然我国在半导体温差发电的理论研究方面具有一定的实力，但是在温差电的应用方面完全处于起步阶段。典型的单位有中国科学院半导体研究所、北京科技大学、浙江大学等。 2001年，西安交通大学陈浩，在国内第一次研究了半导体热电堆的温差发电问题，提出了有用的求解的方法和分析的公式旧。 2005年浙江大学钱剑锋设计了实际可用的热电式微电源。这些研究，为国内半导体温差发电的设计和进一步应用提供了理论和实验依据。 除此之外，在国内学术领域中也进行了大量有价值的研究 基于以上分析我国在温差发电技术上起步晚，在技术和产品创新方面还是空白，尤其实在已有研究上有效利用能源，达到最大功率的发电效果，内部工质的选择，价格偏高，热管系统的自控问题，应用范围不广，而且在一些工业上出现一些灰堵，漏点腐蚀等问题，使系统长期可靠的运行等方面，则是半导体温差发电器发电向实际运用转化所亟待解决的问题。 而我们的基于热管技术散热的温差发电系统中温差发电装置采用自制高效率热管，自制自动循环冷室对半导体温差发电片进行散热性价比相对较高，解决了以上大部分且具有安装、控制和维护方便、使用简便，可以长期免维护工作。同时，体积小，重量轻，便于携带、运输。可随时随地利用一切可利用的废热进行实时发电，本温差发电系统的研发利于半导体温差发电技术向工业和民用推广普及。
