[发明专利]一种综合热-电-冷能量管理系统及方法

权利要求书

1.一种综合热-电-冷能量管理系统，其特征在于：包括恒定温差热电转换模块(1)、热电发电驱动热电制冷模块(2)和热电转换储能模块(3)；恒定温差热电转换模块(1)又包括第一热存储单元(11)、热传输单元(12)、温差发电单元(13)和第二热存储单元(14)，热传输单元(12)对称分布在温差发电单元(13)两侧，第一热存储单元(11)与第二热存储单元(14)对称分布在热传输单元(12)两侧；热电发电驱动热电制冷模块(2)又包括热电制冷单元(23)和导线(24)；热电转换储能模块(3)又包括第三热存储单元(31)、热电发电单元(33)和蓄电池(35)，热电发电单元(33)通过导线与蓄电池(35)相连；

所述恒定温差热电转换模块(1)中的温差发电单元(13)通过导线(24)与热电发电驱动热电制冷模块(2)相连，热电转换储能模块(3)安装于热电发电驱动热电制冷模块(2)的上端，第三热存储单元(31)连接热电发电驱动热电制冷模块(2)与热电转换储能模块(3)。

2.根据权利要求1所述的一种综合热-电-冷能量管理系统，其特征在于：所述的第一热存储单元(11)安装于高温端，第二热存储单元(14)安装于低温端。

3.根据权利要求1所述的一种综合热-电-冷能量管理系统，其特征在于：所述的第一热存储单元(11)与第二热存储单元(14)为碳基相变复合储能材料，以高导热石墨泡沫碳为骨架，利用石墨泡沫丰富的孔隙吸附熔化状态的相变材料，维持复合材料的固态形貌，所填充的相变材料，根据温差发电单元(13)中热源和冷源的工作特点选择熔点匹配的相变材料。

4.根据权利要求1所述的一种综合热-电-冷能量管理系统，其特征在于：所述的碳基相变复合储能材料的高导热石墨泡沫碳骨架以中间相沥青为碳源，通过软模板法制备而得，石墨化温度在2000℃以上。

5.一种综合热-电-冷能量管理方法，其特征在于，恒定温差热电转换模块在温差驱动下将热能转化为电能，将输出的直流电通过导线传输给热电发电驱动热电制冷模块，驱动热电发电驱动热电制冷模块转移目标环境的热量，热电发电驱动热电制冷模块工作中产生的废热传输给热电转换储能模块进行热电转换并进行存储，具体的实现方式包括以下步骤：

(1)将温差热电转换模块中的第一热存储单元安装在高温端，吸收来自热源的非稳态热能，将第二热存储单元安装在低温端，维持温度稳定，通过第一热存储单元与第二热存储单元为温差发电单元提供恒定的温差；

(2)温差热电转换模块中的温差发电单元在温差驱动下将热能转化为电能，输出直流电，通过导线传输给热电发电驱动热电制冷模块中的热电制冷单元；

(3)热电制冷单元在电能驱动下转移目标环境中的热量，对目标进行制冷，并将工作中产生的废热传输给热电转换储能模块；

(4)热电转换储能模块中的第三热存储单元吸收热电制冷单元产生的废热，热电发电单元将废热转化为电能，并储存到蓄电池中。

6.根据权利要求5所述的一种综合热-电-冷能量管理方法，其特征在于：所述的步骤(1)中为稳定温差发电单元的瞬态热量，利用相变复合材料构建热存储单元，相变材料在熔点附近可吸收大量的热而温度几乎不变；根据热源温度及储热量选择合适的相变材料，分别置于温差发电单元两侧，利用相变材料恒温吸放热的特点来稳定瞬态热量，为温差发电单元提供稳定的温度差；

所述的热传输单元使用定向高导热界面材料，降低了界面间的接触热阻，加快热能在热存储单元和温差发电单元之间的传递，减小对温差发电单元两端温度差的影响。

7.根据权利要求5所述的一种综合热-电-冷能量管理方法，其特征在于：所述的步骤(4)中热电发电单元利用赛贝克效应将热电制冷单元产生的废热转换成电能，利用相变复合材料吸收转移来的热量，稳定热电发电单元热端面的温度，热电单元的冷端温度与周围环境保持一致，为热电发电单元提供恒定温差。