[发明专利]一种天然气减压站用小功率蓄热式半导体发电装置

说明书

本发明公开了一种天然气减压站用小功率蓄热式半导体发电装置，属于天然气管道减压站内的供电设备领域。该装置包括燃烧器、烟道、半导体发电芯片、热管散热器和直流转化器；燃烧器用于连接外部天然气管道内的燃气燃烧，燃烧的高温烟气向烟道传热，半导体发电芯片在烟道外壁上吸热并通过热管散热器散热形成温差进行发电，半导体发电芯片输出的直流电由直流转化器进行管理并储存在蓄电池中。该发电装置能合理利用天然气资源给当地供电，结构简单、可靠性高、易于安装及维修、使用寿命长。

技术领域

本发明属于天然气管道减压站内的供电设备领域，涉及火焰燃烧热利用、固固相变材料相变蓄热、半导体发电芯片、热管散热器、直流电管理，更具体地，涉及一种天然气减压站用小功率蓄热式半导体发电装置。

背景技术

天然气目前属于我国重要能源之一，随其消耗量的增加，天然气管道的的分布也越来越多。其中减压站是管道分配系统中的关键设备，主要用于监控气体流量，防止分配系统中的压力过高。减压站内的功率需求在50-100W。为了解决减压站的用电问题，需要在减压站内装配能够提供稳定电量的发电机。现在减压站内大多使用柴油发电机组，但柴油发电机需要定期添加燃料并进行维护，增加了运行成本。

目前有使用催化燃烧热进行热电发电的技术，但是催化燃烧所用的催化金属属于稀有金属，价格昂贵，且使用的技术门槛较高，很难普及使用。此外，燃烧器的功率不宜过高，因为大功率燃烧器工作状态不稳定且会有大量漏热，从而降低装置的热电转化效率。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种天然气减压站用小功率蓄热式半导体发电装置，其目的在于，通过半导体发电装置的结构设计，引入天然气资源，从而能够将天然气直接进行燃烧，利用燃烧热进行发电，从而简化天然气管道减压站内的供电，获得一种能实现稳定电量输出的减压站用半导体发电装置，由此解决现有技术需要定期添加燃料，以及热转化效率低的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种天然气减压站用小功率蓄热式半导体发电装置，包括烟道、燃烧器、半导体发电芯片、热管散热器、导线、直流转化器以及蓄电池，其中：

所述烟道包括烟道蓄热层、烟道导热层和烟道端盖；烟道蓄热层设于烟道导热层围成的空间内；烟道蓄热层的外壁与烟道导热层的内壁接触，烟道端盖与烟道蓄热层和烟道导热层的上部连接固定，烟道端盖设有烟气出口，；

所述燃烧器设于所述烟道蓄热层围成的空间内部，且设有通向外部的燃气接口；

所述热管散热器包括蒸发端基底、热管和散热翅片；热管的蒸发端焊接在蒸发端基底内，热管的冷凝端与散热翅片焊接；

多个所述半导体发电芯片与多个所述热管散热器一一对应安装；各所述半导体发电芯片的热端分别与烟道导热层的外壁连接固定，各所述半导体发电芯片的冷端分别与对应的热管散热器的蒸发端基底连接固定；

导线将所有半导体发电芯片串联连接；所述直流转化器的输入端与导线连接，输出端与蓄电池连接。

进一步地，所述燃烧器包括燃烧器头部、引射器和燃气管道接口；燃烧器头部位于所述烟道蓄热层围成的空间内部，燃烧器头部连接引射器，引射器用于与外部的燃气管道接口相连；燃烧器头部侧面设有排火口。

进一步地，所述烟道为直筒型，所述烟道蓄热层的侧壁内部装填固固相变材料；烟道蓄热层和烟道导热层之间的连接界面涂有导热硅脂。

进一步地，所述固固相变材料的熔点不高于半导体发电芯片的最高工作温度。

进一步地，在固固相变材料中添加膨胀石墨作为形核剂形成复合相变材料，以增加相变材料的导热系数并减小过冷度。

进一步地，所述半导体发电芯片选用低温热电材料，半导体发电芯片与烟道导热层、散热器蒸发端基底之间均涂有导热硅脂，并通过PPS材质的塑料螺钉进行紧固以减小接触热阻和减少漏热。