一種利用液體熱電效應(yīng)進(jìn)行發(fā)電的系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種溫差發(fā)電系統(tǒng)，尤其涉及一種利用液體熱電效應(yīng)收集電廠和工廠余熱以及海水溫差熱能進(jìn)行發(fā)電的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]能源是人類發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著科技的進(jìn)步和人們生活水平的不斷提高，當(dāng)今世界主要依存的化石能源正在不斷耗盡，能源危機(jī)正一步步地向人類逼近。同時(shí)，大量化石燃料的使用還造成了全球環(huán)境的污染和生態(tài)環(huán)境的破壞。因此，開發(fā)更加先進(jìn)的能源轉(zhuǎn)換方式來提高能源利用效率和大力開發(fā)清潔的可再生能源已成為當(dāng)務(wù)之急。
[0003]在我們生活的環(huán)境中存在大量的能量，其中低溫?zé)崮艿幕厥绽谜紦?jù)著非常重要的位置。如熱電廠、冶金、各種制造廠等幾乎每天都在向大氣中排放大量的低溫廢熱，浪費(fèi)了很大一部分的能量，同時(shí)，還造成力極為嚴(yán)重的生態(tài)污染。另外，太陽時(shí)時(shí)刻刻都在向地球輻射巨大的能量，其中很大一部分被占據(jù)地球面積約72%的海洋以熱能的形式吸收，造成表層海水與深海之間存在一定溫差，但是受于海水溫差發(fā)電技術(shù)的限制，這部分能量目前還難以大規(guī)模利用。
[0004]熱電技術(shù)可以直接將溫差轉(zhuǎn)化為電能，與傳統(tǒng)發(fā)電方式相比具有很多的優(yōu)勢(shì)，如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無需轉(zhuǎn)動(dòng)部件，發(fā)電過程中不會(huì)產(chǎn)生噪聲污染。熱電發(fā)電系統(tǒng)無需任何工質(zhì)，在發(fā)電工程中可以實(shí)現(xiàn)真正的零排放，對(duì)環(huán)境十分友好。最重要的是熱電裝置在低溫差下也可以正常運(yùn)行，并且不受尺度的影響，工作性能極為穩(wěn)定，在低溫?zé)崃炕厥绽梅矫婢哂芯薮蟮膽?yīng)用前景，目前已經(jīng)在汽車尾氣余熱回收、太陽能熱發(fā)電等方面得到一定的應(yīng)用。但是由于目前熱電效率較低，加上高性能熱電材料制造困難，價(jià)格昂貴，熱電技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用還有待更先進(jìn)的技術(shù)突破。高性能的熱電材料要求材料具有比較優(yōu)越的導(dǎo)電性能和較低的導(dǎo)熱性能，防止熱量的耗散。目前熱電方面的研宄主要是基于固體熱電材料的研宄，提高材料的熱電效率主要有兩種方法:一是在低導(dǎo)熱系數(shù)材料的基礎(chǔ)上提高熱電功率因子；二是在高導(dǎo)電系數(shù)材料的基礎(chǔ)上降低材料的導(dǎo)熱系數(shù)。而在液體熱電方面的研宄，目前還處于幾乎空白狀態(tài)，主要原因是:在固體中，溫度梯度會(huì)驅(qū)動(dòng)帶負(fù)電的電子朝一個(gè)方向移動(dòng)，單種電荷的移動(dòng)會(huì)形成電能；而在液體中，溫度梯度會(huì)驅(qū)動(dòng)陰陽離子朝同一個(gè)方向移動(dòng)，由于溫度引起的陰陽離子運(yùn)動(dòng)速度幾乎一致，因此無法形成凈電荷的移動(dòng)，幾乎沒有電能輸出。如果采用技術(shù)手段將液體中的陰陽離子分隔開，就能大大的提高液體的熱電效率，加上液體較低的導(dǎo)熱系數(shù)，便可以利用液體的熱電特性來實(shí)現(xiàn)低溫發(fā)電。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是一種利用液體熱電效應(yīng)進(jìn)行發(fā)電的系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用電廠、工廠等排放的余熱或者海洋中的低溫?zé)崮軄眚?qū)動(dòng)液體中的離子流動(dòng)進(jìn)行發(fā)電，并利用離子交換膜分離陰陽離子提高液體熱電效率，從而達(dá)到高效液體熱電發(fā)電的效果。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0007]一種利用液體熱電效應(yīng)進(jìn)行發(fā)電的系統(tǒng)，它由高溫循環(huán)回路、液體熱電發(fā)電系統(tǒng)和低溫循環(huán)回路組成；高溫循環(huán)回路上設(shè)有熱交換器，工廠或環(huán)境中的低溫?zé)崮茉跓峤粨Q器內(nèi)與熱循環(huán)工質(zhì)進(jìn)行熱交換，低溫循環(huán)回路中設(shè)有冷凝器，低溫循環(huán)工質(zhì)在冷凝器中進(jìn)行冷卻；
[0008]所述液體熱電發(fā)電系統(tǒng)由一個(gè)或多個(gè)液體熱電發(fā)電單元組成，每個(gè)液體熱電發(fā)電單元由負(fù)極、工作腔、離子交換膜、工作腔、正極組成，所述工作腔內(nèi)充滿電解質(zhì)溶液；
[0009]當(dāng)離子交換膜為陰離子交換膜時(shí)，高溫循環(huán)回路經(jīng)過液體熱電發(fā)電單元的正極，低溫循環(huán)回路經(jīng)過液體熱電發(fā)電單元的負(fù)極；當(dāng)離子交換膜為陽離子交換膜時(shí)，高溫循環(huán)回路經(jīng)過液體熱電發(fā)電單元的負(fù)極，低溫循環(huán)回路經(jīng)過液體熱電發(fā)電單元的正極。
[0010]當(dāng)液體熱電發(fā)電系統(tǒng)由多個(gè)液體熱電發(fā)電單元組成時(shí)，多個(gè)液體熱電發(fā)電單元之間可以并聯(lián)或串聯(lián)。
[0011]并聯(lián)時(shí)，如圖1所示，液體熱電發(fā)電單元交替放置正負(fù)極，中間通道交替通過熱循環(huán)工質(zhì)和冷循環(huán)工質(zhì)，液體熱電發(fā)電單元在溫差的作用下產(chǎn)生電能通過正負(fù)電極對(duì)外輸出。
[0012]液體熱電發(fā)電單元由正極、負(fù)極組成的電極對(duì)可以和工作腔內(nèi)的電解質(zhì)溶液的離子進(jìn)行反應(yīng)，當(dāng)發(fā)電單元正負(fù)極存在一定溫差的時(shí)候，靠近熱端的電解質(zhì)溶液中的離子運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)大于靠近冷端的離子運(yùn)動(dòng)速度，離子運(yùn)動(dòng)速度的差異會(huì)形成一個(gè)從熱端指向冷端的熱泳力，驅(qū)動(dòng)電解質(zhì)中的離子從熱端向冷端運(yùn)動(dòng)，工作腔中的離子交換膜可以阻止某種電荷的離子通過(如陰離子交換膜只允許陰離子透過)，從而會(huì)在兩個(gè)工作腔中形成單種電荷的離子聚集區(qū)，電極對(duì)會(huì)在離子聚集區(qū)內(nèi)發(fā)生強(qiáng)烈的電極反應(yīng)，從而產(chǎn)生電能輸出。
[0013]系統(tǒng)工作時(shí)，液體熱電發(fā)電單元的工作腔內(nèi)充滿電解質(zhì)溶液。
[0014]離子交換膜可以是微納米膜，也可以是微納米顆粒的堆積體。
[0015]低溫循環(huán)回路中的冷凝器可以為普通水冷冷凝器，也可以是空冷冷凝器。
[0016]所述液體熱電發(fā)電單元的正極可以是氯化銀電極，負(fù)極為銀電極，電解質(zhì)溶液為氯化鈉溶液。
[0017]與傳統(tǒng)的技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)越性在于:
[0018](I)利用離子交換膜將正負(fù)離子分離來提高液體的熱電效率，并利用電廠，工廠或環(huán)境中各種低溫?zé)崮茏鳛閯?dòng)力驅(qū)動(dòng)電解質(zhì)溶液中的離子運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)發(fā)電。
[0019](2)系統(tǒng)對(duì)熱能溫度要求較低，只要高溫和低溫回路工質(zhì)存在溫差系統(tǒng)便可以正常運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行過程中不消耗高品位的能量，并且零排放。
[0020](3)液體比固體熱電材料導(dǎo)熱系數(shù)小，可以大大減少熱量耗散，而高濃度離子溶液具有良好的導(dǎo)電性，可以提尚熱電效率。
[0021 ] (4)液體熱電發(fā)電單元依靠離子的移動(dòng)來發(fā)電，工作腔內(nèi)電解質(zhì)溶液不發(fā)生流動(dòng)，大大減少了流動(dòng)損失，從而提尚效率。
[0022](5)本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，發(fā)電單元部分利用便宜的液體熱電來代替了昂貴的固體熱電材料，大大降低了成本，另外本系統(tǒng)無轉(zhuǎn)動(dòng)部件，不會(huì)產(chǎn)生噪聲污染。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]其中:1 一