專利名稱：利用城市瀝青路面與地下水源管道溫差發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種路面發(fā)電技術(shù)，尤其是一種利用城市浙青路面與地下水源管道溫差發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
溫差發(fā)電技術(shù)是利用塞貝克效應(yīng)將熱能直接轉(zhuǎn)化為電能的新型發(fā)電技術(shù)。近年來，隨著高性能熱電材料的不斷研發(fā)，溫差發(fā)電技術(shù)在各個領(lǐng)域被不斷的應(yīng)用和推廣，如航天器上的放射性同位素溫差發(fā)電器、汽車尾氣余熱回收系統(tǒng)、海洋溫差能的利用等。目前，該技術(shù)僅在特定的高端技術(shù)領(lǐng)域進行應(yīng)用，在路面熱能利用領(lǐng)域尚無應(yīng)用先例
實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用城市浙青路面與地下水源管道溫差發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用溫差發(fā)電效應(yīng)，通過溫差發(fā)電模塊，將浙青路面與城市道路下流通自來水的溫差轉(zhuǎn)化成電能進行利用，同時減弱溫度效應(yīng)對路面的影響，提高路面的使用性能和耐久性。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用下述技術(shù)方案一種利用城市浙青路面與地下水源管道溫差發(fā)電系統(tǒng)，在城市浙青路面內(nèi)布設(shè)水流管網(wǎng)，水流管網(wǎng)并聯(lián)于城市浙青路面下鋪設(shè)的水源管道上，且水流管網(wǎng)的回流水端一部分纏繞在水源管道上，在水流管網(wǎng)與城市浙青路面之間以及水流管網(wǎng)與水源管道連接部分接觸面上分別設(shè)有若干溫差發(fā)電模塊。所述溫差發(fā)電模塊分別設(shè)置于水流管網(wǎng)內(nèi)循環(huán)水與浙青路面溫差較大區(qū)域的水流管網(wǎng)上，以及水流管網(wǎng)的回流水端部分纏繞在水源管道區(qū)域上，且該溫差發(fā)電模塊一邊與水流管網(wǎng)的回流水端管壁接觸，另一邊與水源管道管壁接觸。本實用新型通過在城市浙青路面內(nèi)布設(shè)水流管網(wǎng)，水流管網(wǎng)內(nèi)的低溫水來自城市自來水管道、地下水或其他水源(本文以自來水為例進行說明)，利用浙青路面高溫和水管低水溫形成的溫差發(fā)電。浙青路面作為直接暴露在自然環(huán)境下的建筑結(jié)構(gòu)，直接受到太陽輻射、氣溫、風(fēng)力等自然因素的影響，會接受積蓄大量的路面熱能，在夏冬季會達到較為極端的路面溫度值。這就會直接影響到路面的使用性能和耐久性(路面溫度過高會引起路面車轍，路面溫度過低會引起低溫開裂)。該項技術(shù)是對路面熱能進行利用，同時減弱溫度效應(yīng)對路面的影響，提高路面的使用性能和耐久性。在浙青路面結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置水流管網(wǎng)，與城市道路下設(shè)的自來水管道相連，引用其中的流動水進入路面管網(wǎng)，以水為傳遞熱能的媒介平衡浙青路面溫度與環(huán)境溫度，同時形成具有較大溫差的特定接觸面用以溫差發(fā)電，流動水參與完成熱能的傳遞和溫差發(fā)電后流回原有的城市自來水系統(tǒng)，形成循環(huán)。浙青路面溫差發(fā)電技術(shù)核心的技術(shù)要點是溫差發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)熱端和冷端的設(shè)計與選擇。該項技術(shù)以浙青路面或流經(jīng)浙青路面加熱后的熱自來水為熱端，以深埋地下常溫或低溫的自來水為冷端。該項浙青路面溫差發(fā)電系統(tǒng)包括三個主要部分浙青路面結(jié)構(gòu)內(nèi)布設(shè)的水流管網(wǎng)、水流管網(wǎng)與城市道路下鋪設(shè)的自來水管道的有效連接、在特定位置布設(shè)溫差發(fā)電模塊形成的發(fā)電系統(tǒng)。I)水流管網(wǎng)的布設(shè)考慮到熱能在浙青里面結(jié)構(gòu)內(nèi)的分布和水流管網(wǎng)對浙青路面結(jié)構(gòu)使用性能的影響，水流管網(wǎng)可布設(shè)在路面以下IOcm深度處(實施時需先根據(jù)具體的路面結(jié)構(gòu)類型進行試驗、理論驗證)。水流管網(wǎng)的長度、布置形式以水流流出時水溫與浙青路面結(jié)構(gòu)溫度一致為宜。需考慮水流流速、城市道路路面的功能分區(qū)和對路面結(jié)構(gòu)使用性能的影響等。水流管網(wǎng)布置的位置以人行道、交通量較小的車道區(qū)域為宜，以承受較小行車荷載為區(qū)域選擇標(biāo)準(zhǔn)。水流管網(wǎng)是整個浙青路面溫差發(fā)電系統(tǒng)中重要且最易受到破壞的環(huán)節(jié)，因此水流管網(wǎng)材料的選擇和施工運營期對其保護非常重要。水流管網(wǎng)宜采用具有較高導(dǎo)熱性能、較高強度和耐久性的材料。另外，浙青路面結(jié)構(gòu)施工時可以使用摻加石墨等摻加劑的浙青混合料以提高結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱性能，進而提高溫差發(fā)電的效率。2)水流管網(wǎng)與自來水、暖氣管道的連接連接部分的設(shè)置要考慮城市自來水管道的布置的特點管道平行于道路中心線布置；管道通常布置在人行道或行車較少的車道下；管道埋深通常在2m左右。以減小對自來水系統(tǒng)的影響為設(shè)置原則。連接部分設(shè)置時特別注意的一個技術(shù)要點是循環(huán)水并非直接流回自來水管道，而是有一段并行調(diào)節(jié)溫度的過程，這一過程中流經(jīng)浙青路面升溫或降溫后的循環(huán)水與自來水管道內(nèi)的水有一定溫度差，可以布置溫差發(fā)電模塊用來發(fā)電。 連接部分控制循環(huán)水進去浙青路面管網(wǎng)的閥門需設(shè)置在路面以上或易操作的位置并注意保護，主管道與循環(huán)管道管徑差異、水壓差異要協(xié)調(diào)好，同時應(yīng)做好連接部分防止水滲漏的措置。3)溫差發(fā)電模塊的布設(shè)無論夏季還是冬季，浙青路面結(jié)構(gòu)與自來水之間都存在較大的溫度差，這一溫度差不宜通過淺埋自來水管道來實現(xiàn)，該項技術(shù)通過將管道內(nèi)循環(huán)水引入浙青路面結(jié)構(gòu)內(nèi)水流管網(wǎng)的方法加以解決。循環(huán)水剛進入浙青路面結(jié)構(gòu)時，兩者會有較大的溫度差異，然后會受到浙青路面加熱或冷卻，循環(huán)水流回自來水管道前，又會與管道內(nèi)的水存在較大的溫度差異。因此，溫差發(fā)電模塊有兩個布置區(qū)域一是水流管網(wǎng)前段，循環(huán)水與浙青路面溫差較大的區(qū)域，可直接將溫差發(fā)電模塊貼在水流管道上；二是循環(huán)水流回前與自來水管道并行，兩者存在較大溫差的區(qū)域，溫差發(fā)電模塊需一邊接觸水流管網(wǎng)循環(huán)水管壁一邊接觸自來水管道管壁。溫差發(fā)電模塊布設(shè)的數(shù)量和密度可根據(jù)路用電器的電壓、實際路面情況及經(jīng)濟性來確定。溫差發(fā)電模塊是現(xiàn)有的技術(shù)，可在市場上買到，在此不再贅述。[0025]溫差發(fā)電材料選擇是整個發(fā)電模塊最重要的環(huán)節(jié)，宜選用經(jīng)濟性好、熱電轉(zhuǎn)換效率高的新型材料。目前市場上具有較高品質(zhì)因數(shù)的低溫發(fā)電材料是Bi2Te3-Bi2Se3固溶體(N型)和Bi2Te3-Sb2Te3固溶體(P型)，如廣東富信電子科技有限公司生產(chǎn)的TEG1-127-2. 8-3. 5-200型溫差發(fā)電組件等。但是，隨著科技的進步新型的更高效的溫差發(fā)電材料會不斷出現(xiàn)，要及時更新采用新材料新技術(shù)。溫差發(fā)電模塊需設(shè)置蓄電裝置，調(diào)節(jié)溫差發(fā)電電能的使用，如果需要還需要設(shè)置直流交流電轉(zhuǎn)換裝置，溫差發(fā)電產(chǎn)生的電能為直流電。本實用新型的有益效果是，該項浙青路面溫差發(fā)電技術(shù)通過溫差發(fā)電模塊對路面溫度進行采集，可以起到平衡路面溫度與環(huán)境溫度的作用，提高路面結(jié)構(gòu)受溫度影響的耐久性和使用性能，同時溫差發(fā)電具有性能可靠、無污染、無噪音、永續(xù)使用的優(yōu)勢，產(chǎn)生的電能也可以作為道路照明、紅綠燈等市政工程用電的補充。

圖I本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是溫差發(fā)電模塊構(gòu)造示意圖；圖3是水流管網(wǎng)平面布設(shè)示意圖；圖4是水流管網(wǎng)與主管道連接示意圖；圖5是溫差發(fā)電模塊布置示意圖；其中I.導(dǎo)電體，2.導(dǎo)熱絕緣保護外殼，3.隔熱保護外殼，4.接觸熱端，5.接觸冷端，8.自來水管道，10.閥門，11.回流水端，12.溫差發(fā)電模塊，13城市浙青路面，14.水流管網(wǎng)。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。如圖1-5所示，一種城市浙青路面溫差發(fā)電系統(tǒng)，在城市浙青路面13內(nèi)布設(shè)水流管網(wǎng)14，水流管網(wǎng)14并聯(lián)于城市浙青路面13下鋪設(shè)的水源管道上，且水流管網(wǎng)14的回流水端11 一部分纏繞在水源管道上，在水流管網(wǎng)14與城市浙青路面13之間以及水流管網(wǎng)14與水源管道連接部分溫差最大區(qū)域上分別設(shè)有若干溫差發(fā)電模塊12。溫差發(fā)電模塊12通過電路與用電設(shè)備相連。溫差發(fā)電模塊12分別設(shè)置于水流管網(wǎng)14內(nèi)循環(huán)水與城市浙青路面13溫差最大區(qū)域的水流管網(wǎng)14上，以及水流管網(wǎng)14的回流水端11部分纏繞在水源管道區(qū)域上，且該溫差發(fā)電模塊12 —邊與水流管網(wǎng)14的回流水端11管壁接觸，另一邊與水源管道管壁接觸。本實用新型中的水源為自來水或暖氣或地下水。此處以自來水為例說明。其他水源于此類似，不再贅述。城市浙青路面13作為直接暴露在自然環(huán)境下的建筑結(jié)構(gòu)，直接受到太陽輻射、氣溫、風(fēng)力等自然因素的影響，會接受積蓄大量的路面熱能，在夏冬季會達到較為極端的路面溫度值。這就會直接影響到路面的使用性能和耐久性(路面溫度過高會引起路面車轍，路面溫度過低會引起低溫開裂)。該項技術(shù)是對路面熱能進行利用，同時減弱溫度效應(yīng)對路面的影響，提高路面的使用性能和耐久性。在城市浙青路面13內(nèi)設(shè)置水流管網(wǎng)14，與城市道路下設(shè)的自來水管道8相連，弓丨用其中的流動水進入路面管網(wǎng)，以水為傳遞熱能的媒介平衡浙青路面溫度與環(huán)境溫度，同時形成具有較大溫差的特定接觸面用以溫差發(fā)電，流動水參與完成熱能的傳遞和溫差發(fā)電后流回原有的城市自來水系統(tǒng)，形成循環(huán)。浙青路面溫差發(fā)電技術(shù)核心的技術(shù)要點是溫差發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)熱端和冷端的設(shè)計與選擇。該項技術(shù)以浙青路面或流經(jīng)浙青路面加熱后的熱自 水為熱端，以深埋地下常溫或低溫的自來水為冷端。該項浙青路面溫差發(fā)電系統(tǒng)包括三個主要部分浙青路面結(jié)構(gòu)內(nèi)布設(shè)的水流管網(wǎng)14、水流管網(wǎng)14與城市道路下鋪設(shè)的自來水管道8的有效連接、在特定位置布設(shè)溫差發(fā)電模塊12形成的發(fā)電系統(tǒng)。I)水流管網(wǎng)14的布設(shè)如圖3所示，考慮到熱能在浙青里面結(jié)構(gòu)內(nèi)的分布和水流管網(wǎng)14對浙青路面結(jié)構(gòu)使用性能的影響，水流管網(wǎng)14可布設(shè)在路面以下IOcm深度處(實施時需先根據(jù)具體的路面結(jié)構(gòu)類型進行試驗、理論驗證)。水流管網(wǎng)14的長度、布置形式以水流流出時水溫與浙青路面結(jié)構(gòu)溫度一致為宜。需考慮水流流速、城市道路路面的功能分區(qū)和對路面結(jié)構(gòu)使用性能的影響等。水流管網(wǎng)14布置的位置以人行道、交通量較小的車道區(qū)域為宜，以承受較小行車荷載為區(qū)域選擇標(biāo)準(zhǔn)。水流管網(wǎng)14是整個浙青路面溫差發(fā)電系統(tǒng)中重要且最易受到破壞的環(huán)節(jié)，因此水流管網(wǎng)材料的選擇和施工運營期對其保護非常重要。水流管網(wǎng)宜采用具有較高導(dǎo)熱性能、較高強度和耐久性的材料。另外，浙青路面結(jié)構(gòu)施工時可以使用摻加石墨等摻加劑的浙青混合料以提高結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱性能，進而提高溫差發(fā)電的效率。2)水流管網(wǎng)14與自來水管道的連接如圖4所示，連接部分的設(shè)置要考慮城市自來水管道8的布置的特點管道平行于道路中心線布置；管道通常布置在人行道或行車較少的車道下；管道埋深通常在2m左右。以減小對自來水系統(tǒng)的影響為設(shè)置原則。連接部分設(shè)置時特別注意的一個技術(shù)要點是循環(huán)水并非直接流回自來水管道8，而是有一段并行調(diào)節(jié)溫度的過程，這一過程中流經(jīng)浙青路面升溫或降溫后的循環(huán)水與自來水管道內(nèi)的水有一定溫度差，可以布置溫差發(fā)電模塊12用來發(fā)電。連接部分控制循環(huán)水進去浙青路面管網(wǎng)的閥門10需設(shè)置在路面以上或易操作的位置并注意保護，主管道與循環(huán)管道管徑差異、水壓差異要協(xié)調(diào)好，同時應(yīng)做好連接部分防止水滲漏的措置。3)溫差發(fā)電模塊的布設(shè)無論夏季還是冬季，浙青路面結(jié)構(gòu)與自來水之間都存在較大的溫度差，這一溫度差不宜通過淺埋自來水管道來實現(xiàn)，本實用新型通過將管道內(nèi)循環(huán)水引入浙青路面結(jié)構(gòu)內(nèi)水流管網(wǎng)的方法加以解決。循環(huán)水剛進入浙青路面結(jié)構(gòu)時，兩者會有較大的溫度差異，然后會受到浙青路面加熱或冷卻，循環(huán)水流回自來水管道8前，又會與管道內(nèi)的水存在較大的溫度差異。因此，溫差發(fā)電模塊有兩個布置區(qū)域一是水流管網(wǎng)14前段，循環(huán)水與浙青路面溫差較大的區(qū)域，可直接將溫差發(fā)電模塊12貼在水流管道上；二是循環(huán)水流回前與自來水管道并行，兩者存在較大溫差的區(qū)域，溫差發(fā)電模塊12需一邊接觸水流管網(wǎng)14循環(huán)水管壁一邊接觸自來水管道8管壁。如圖5所示，溫差發(fā)電模塊12布設(shè)的數(shù)量和密度可根據(jù)路用電器的電壓、實際路面情況及經(jīng)濟性來確定。如圖2所示，溫差發(fā)電模塊12是現(xiàn)有的技術(shù)，可在市場上買到，其包括導(dǎo)電體I，導(dǎo)熱絕緣保護外殼2，隔熱保護外殼3，接觸熱端4，接觸冷端5，在此不再贅述其詳細構(gòu)造。溫差發(fā)電材料選擇是整個發(fā)電模塊最重要的環(huán)節(jié)，宜選用經(jīng)濟性好、熱電轉(zhuǎn)換效率高的新型材料。目前市場上具有較高品質(zhì)因數(shù)的低溫發(fā)電材料是Bi2Te3-Bi2Se3固溶體(N型)和Bi2Te3-Sb2Te3固溶體(P型)，如廣東富信電子科技有限公司生產(chǎn)的TEG1-127-2. 8-3. 5-200型溫差發(fā)電組件等。但是，隨著科技的進步新型的更高效的溫差發(fā)電材料會不斷出現(xiàn)，要及時更新采用新材料新技術(shù)。 溫差發(fā)電模塊12需設(shè)置蓄電裝置，調(diào)節(jié)溫差發(fā)電電能的使用，如果需要還需要設(shè)置直流交流電轉(zhuǎn)換裝置，溫差發(fā)電產(chǎn)生的電能為直流電。上述雖然結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式
進行了描述，但并非對本實用新型保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實用新型的保護范圍以內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種利用城市浙青路面與地下水源管道溫差發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，在城市浙青路面內(nèi)布設(shè)水流管網(wǎng)，水流管網(wǎng)并聯(lián)于城市浙青路面下鋪設(shè)的水源管道上，且水流管網(wǎng)的回流水端一部分纏繞在水源管道上，在水流管網(wǎng)與城市浙青路面之間以及水流管網(wǎng)與水源管道連接部分的接觸面上分別設(shè)有若干溫差發(fā)電模塊。
2.如權(quán)利要求I所述的利用城市浙青路面與地下水源管道溫差發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，所述溫差發(fā)電模塊分別設(shè)置于水流管網(wǎng)內(nèi)循環(huán)水與浙青路面溫差較大區(qū)域的水流管網(wǎng)上，以及水流管網(wǎng)的回流水端部分纏繞在水源管道區(qū)域上，且該溫差發(fā)電模塊一邊與水流管網(wǎng)的回流水端管壁接觸，另一邊與水源管道管壁接觸。
3.如權(quán)利要求I所述的利用城市浙青路面與地下水源管道溫差發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，所述水源為自來水或地下水。
專利摘要本實用新型公開了一種利用城市瀝青路面與地下水源管道溫差發(fā)電系統(tǒng)，在城市瀝青路面內(nèi)布設(shè)水流管網(wǎng)，水流管網(wǎng)并聯(lián)于城市瀝青路面下鋪設(shè)的水源管道上，且水流管網(wǎng)的回流水端一部分纏繞在水源管道上，在水流管網(wǎng)與城市瀝青路面之間以及水流管網(wǎng)與水源管道連接部分溫差較大區(qū)域上分別設(shè)有溫差發(fā)電模塊。本實用新型通過溫差發(fā)電模塊對路面溫度進行采集，可以起到平衡路面溫度與環(huán)境溫度的作用，提高路面結(jié)構(gòu)受溫度影響的耐久性和使用性能，同時溫差發(fā)電具有性能可靠、無污染、無噪音、永續(xù)使用的優(yōu)勢，產(chǎn)生的電能也可以作為道路照明、紅綠燈等市政工程用電的補充。
文檔編號H02N11/00GK202513852SQ201220060989
公開日2012年10月31日 申請日期2012年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月24日
發(fā)明者姚占勇, 張堃, 李帥 申請人:山東大學(xué)