[实用新型]半导体温差发电系统的水冷散热装置

说明书

技术领域

本实用新型属于热电转换领域的冷却装置，具体涉及一种半导体温差发电系统的水冷散热装置。

背景技术

半导体温差发电技术是一种基于塞贝克效应（即把两种半导体的接合端置于高温，处于低温环境的另一端就可得到电动势E）直接将热能转化为电能的绿色环保发电技术。它可以合理利用低品位热能，例如地热能、太阳能以及工业余热废热等，通过热电材料，将热能直接转化为电能。与主流发电方式不同，它无废弃物的排放，无噪声，工作安全可靠稳定，是对热能的回收再利用。

半导体温差发电的效率与半导体热电模块的性能、半导体冷热两面的温差及其散热方式有关。实验表明：（1）输出功率随温差增大而增大，温差越大，这种趋势明显，温差达到最大输出功率也将达到最大值；（2）在相同的热端温度条件下，冷端温度的升高将导致输出功率的减小，并且，在温差相同的情况下，冷端温度越低，其输出功率越大。目前，温差发电需要解决的关键问题之一就是冷端的散热问题。一般情况下，热能会通过热传导使冷端温度上升，从而导致冷热两面温差下降，影响发电效率，良好的散热方式能够使模块冷端的温度基本保持稳定，因此选择合适的散热装置，尽可能的降低冷端温度就成为提高发电效率的主要方法之一。

目前国外已经有较多成熟的温差发电产品，也有许多相关的应用研究。但国内在温差发电方面所进行的研究还处于起步阶段，与国外还有较大的差距，在半导体温差发电装置综合设计和应用方面的研究比较欠缺，因此研究温差发电有着非常现实的意义。

随着高性能的半导体热电材料的研究开发，半导体温差发电技术将在其他领域得到广泛应用。如何设计一个有效的散热装置，使半导体热电材料冷热两面保持较高并且稳定的温差，以达到稳定持续的发电效果，使系统长期可靠运行等方面，是半导体温差发电向实际应用转化所亟待解决的技术难题。目前市场上高温防爆转炉利用余热进行温差发电的还不是很多，困难在于如何保持温差发电片冷热两面的温差。由于工业现场环境下，半导体温差片的冷端很快被热面或者高温环境所传到过来的热量加热，使冷端的温度上升，因此无法保持的恒定持续发电效果。

目前冷端的主要散热方式有空气自然对流、空气强制对流和水循环冷却三种。空气自然对流效果太差，只有在特定场合下使用；空气强制对流是指在半导体模块冷端加装散热片，通过气流带走模块冷端的热量；水冷散热系统是指通过冷却水箱来带走热电转换模块冷端的热量，水循环冷却系统一般由热能交换器、水循环系统、水箱和水泵组成。

由于水的单位热容较气体的大，因此水冷比风冷有着更好的冷却效果，研究表明水冷换热系数比自然风冷散热大100-1000倍。并且采用水冷散热结构可适应转炉复杂的工作环境，结构简单、装配容易，生产效率高，易于维护，而且转炉的密闭性良好，其外表面使用水等液体并不会对转炉内部反应造成影响，因此采用水冷散热装置的方案。

发明内容

本实用新型针对现有技术的不足，提出了一种半导体温差发电系统的水冷散热装置。

本实用新型半导体温差发电系统的水冷散热装置包括喷头、环形水槽、螺旋散热水管、水泵、水箱和弧形导管。环形水槽内部空心，环绕装配在旋转桶的外壁上，环形水槽的外环表面中间位置开有环形开口。喷头设置在环形水槽的环形开口的正上方，并伸入环形开口中，不与环形开口和环形水槽的内表面接触。喷头的接水口通过水管与螺旋散热水管的一端相连接，螺旋散热水管的另一端与水泵相连接，水泵通过弧形导管插入水箱至水箱底部，水箱位于环形水槽的正下方，水箱上端开放，喷头、螺旋散热水管、水泵采用刚性支架固定，保持相对位置固定，旋转桶滚动带动环形水槽滚动时，环形水槽和喷头并不相互碰触。环形水槽的内环外表面的中间部分设有环形凹槽，使得环形水槽和旋转筒的桶壁之间形成一个空间区域，环形凹槽的高度为散热片与温差发电片叠加的高度。

本实用新型的有益效果：结构简单，制作成本低廉，运行稳定可靠，环保无污染，且便于维护和保养。

附图说明

    图１为本实用新型的系统立体结构图；

    图2为本实用新型的轴向垂直剖视图；

    图3为本实用新型的侧面剖视图；

图4为本实用新型的侧面剖视图的局部放大图；

图5为本实用新型的水箱的剖视图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图具体描述实现本实用新型的方式。