利用城市瀝青路面與地下水源管道溫差發電系統的製作方法
2023-04-29 09:33:31
專利名稱：利用城市瀝青路面與地下水源管道溫差發電系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種路面發電技術，尤其是一種利用城市浙青路面與地下水源管道溫差發電系統。
背景技術：
溫差發電技術是利用塞貝克效應將熱能直接轉化為電能的新型發電技術。近年來，隨著高性能熱電材料的不斷研發，溫差發電技術在各個領域被不斷的應用和推廣，如太空飛行器上的放射性同位素溫差發電器、汽車尾氣餘熱回收系統、海洋溫差能的利用等。目前， 該技術僅在特定的高端技術領域進行應用，在路面熱能利用領域尚無應用先例。
發明內容
本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種利用城市浙青路面與地下水源管道溫差發電系統，該系統利用溫差發電效應，通過溫差發電模塊，將浙青路面與城市道路下流通自來水的溫差轉化成電能進行利用，同時減弱溫度效應對路面的影響，提高路面的使用性能和耐久性。為實現上述目的，本發明採用下述技術方案一種利用城市浙青路面與地下水源管道溫差發電系統，在城市浙青路面內布設水流管網，水流管網並聯於城市浙青路面下鋪設的水源管道上，且水流管網的回流水端一部分纏繞在水源管道上，在水流管網與城市浙青路面之間以及水流管網與水源管道連接部分接觸面上分別設有若干溫差發電模塊。所述溫差發電模塊分別設置於水流管網內循環水與浙青路面溫差較大區域的水流管網上，以及水流管網的回流水端部分纏繞在水源管道區域上，且該溫差發電模塊一邊與水流管網的回流水端管壁接觸，另一邊與水源管道管壁接觸。本發明通過在城市浙青路面內布設水流管網，水流管網內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電。浙青路面作為直接暴露在自然環境下的建築結構，直接受到太陽輻射、氣溫、風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)。該項技術是對路面熱能進行利用，同時減弱溫度效應對路面的影響， 提高路面的使用性能和耐久性。在浙青路面結構內設置水流管網，與城市道路下設的自來水管道相連，引用其中的流動水進入路面管網，以水為傳遞熱能的媒介平衡浙青路面溫度與環境溫度，同時形成具有較大溫差的特定接觸面用以溫差發電，流動水參與完成熱能的傳遞和溫差發電後流回原有的城市自來水系統，形成循環。浙青路面溫差發電技術核心的技術要點是溫差發電系統內熱端和冷端的設計與選擇。該項技術以浙青路面或流經浙青路面加熱後的熱自來水為熱端，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電系統包括三個主要部分浙青路面結構內布設的水流管網、水流管網與城市道路下鋪設的自來水管道的有效連接、在特定位置布設溫差發電模塊形成的發電系統。1)水流管網的布設考慮到熱能在浙青裡面結構內的分布和水流管網對浙青路面結構使用性能的影響，水流管網可布設在路面以下IOcm深度處(實施時需先根據具體的路面結構類型進行試驗、理論驗證)。水流管網的長度、布置形式以水流流出時水溫與浙青路面結構溫度一致為宜。需考慮水流流速、城市道路路面的功能分區和對路面結構使用性能的影響等。水流管網布置的位置以人行道、交通量較小的車道區域為宜，以承受較小行車荷載為區域選擇標準。水流管網是整個浙青路面溫差發電系統中重要且最易受到破壞的環節，因此水流管網材料的選擇和施工運營期對其保護非常重要。水流管網宜採用具有較高導熱性能、較高強度和耐久性的材料。另外，浙青路面結構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構的導熱性能，進而提高溫差發電的效率。2)水流管網與自來水、暖氣管道的連接連接部分的設置要考慮城市自來水管道的布置的特點管道平行於道路中心線布置；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an左右。以減小對自來水系統的影響為設置原則。連接部分設置時特別注意的一個技術要點是循環水並非直接流回自來水管道， 而是有一段並行調節溫度的過程，這一過程中流經浙青路面升溫或降溫後的循環水與自來水管道內的水有一定溫度差，可以布置溫差發電模塊用來發電。 連接部分控制循環水進去浙青路面管網的閥門需設置在路面以上或易操作的位置並注意保護，主管道與循環管道管徑差異、水壓差異要協調好，同時應做好連接部分防止水滲漏的措置。3)溫差發電模塊的布設無論夏季還是冬季，浙青路面結構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，該項技術通過將管道內循環水引入浙青路面結構內水流管網的方法加以解決。循環水剛進入浙青路面結構時，兩者會有較大的溫度差異，然後會受到浙青路面加熱或冷卻，循環水流回自來水管道前，又會與管道內的水存在較大的溫度差異。因此，溫差發電模塊有兩個布置區域一是水流管網前段，循環水與浙青路面溫差較大的區域，可直接將溫差發電模塊貼在水流管道上；二是循環水流回前與自來水管道並行， 兩者存在較大溫差的區域，溫差發電模塊需一邊接觸水流管網循環水管壁一邊接觸自來水管道管壁。溫差發電模塊布設的數量和密度可根據路用電器的電壓、實際路面情況及經濟性來確定。溫差發電模塊是現有的技術，可在市場上買到，在此不再贅述。
溫差發電材料選擇是整個發電模塊最重要的環節，宜選用經濟性好、熱電轉換效率高的新型材料。目前市場上具有較高品質因數的低溫發電材料是Bi2Te3-Bi2%3 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的 TEG1-127-2. 8-3. 5-200型溫差發電組件等。但是，隨著科技的進步新型的更高效的溫差發電材料會不斷出現，要及時更新採用新材料新技術。溫差發電模塊需設置蓄電裝置，調節溫差發電電能的使用，如果需要還需要設置直流交流電轉換裝置，溫差發電產生的電能為直流電。本發明的有益效果是，該項浙青路面溫差發電技術通過溫差發電模塊對路面溫度進行採集，可以起到平衡路面溫度與環境溫度的作用，提高路面結構受溫度影響的耐久性和使用性能，同時溫差發電具有性能可靠、無汙染、無噪音、永續使用的優勢，產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1本發明結構示意圖；圖2是溫差發電模塊構造示意圖；圖3是水流管網平面布設示意圖；圖4是水流管網與主管道連接示意圖；圖5是溫差發電模塊布置示意圖；其中1.導電體，2.導熱絕緣保護外殼，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.溫差發電模塊，13城市浙青路面，14.水流管網。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。如圖1-5所示，一種城市浙青路面溫差發電系統，在城市浙青路面13內布設水流管網14，水流管網14並聯於城市浙青路面13下鋪設的水源管道上，且水流管網14的回流水端11 一部分纏繞在水源管道上，在水流管網14與城市浙青路面13之間以及水流管網14 與水源管道連接部分溫差最大區域上分別設有若干溫差發電模塊12。溫差發電模塊12通過電路與用電設備相連。溫差發電模塊12分別設置於水流管網14內循環水與城市浙青路面13溫差最大區域的水流管網14上，以及水流管網14的回流水端11部分纏繞在水源管道區域上，且該溫差發電模塊12 —邊與水流管網14的回流水端11管壁接觸，另一邊與水源管道管壁接觸。本發明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。其他水源於此類似，不再贅述。城市浙青路面13作為直接暴露在自然環境下的建築結構，直接受到太陽輻射、氣溫、風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)。該項技術是對路面熱能進行利用，同時減弱溫度效應對路面的影響，提高路面的使用性能和耐久性。在城市浙青路面13內設置水流管網14，與城市道路下設的自來水管道8相連，引用其中的流動水進入路面管網，以水為傳遞熱能的媒介平衡浙青路面溫度與環境溫度，同時形成具有較大溫差的特定接觸面用以溫差發電，流動水參與完成熱能的傳遞和溫差發電後流回原有的城市自來水系統，形成循環。浙青路面溫差發電技術核心的技術要點是溫差發電系統內熱端和冷端的設計與選擇。該項技術以浙青路面或流經浙青路面加熱後的熱自來水為熱端，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電系統包括三個主要部分浙青路面結構內布設的水流管網 14、水流管網14與城市道路下鋪設的自來水管道8的有效連接、在特定位置布設溫差發電模塊12形成的發電系統。1)水流管網14的布設如圖3所示，考慮到熱能在浙青裡面結構內的分布和水流管網14對浙青路面結構使用性能的影響，水流管網14可布設在路面以下IOcm深度處(實施時需先根據具體的路面結構類型進行試驗、理論驗證)。水流管網14的長度、布置形式以水流流出時水溫與浙青路面結構溫度一致為宜。 需考慮水流流速、城市道路路面的功能分區和對路面結構使用性能的影響等。水流管網14布置的位置以人行道、交通量較小的車道區域為宜，以承受較小行車荷載為區域選擇標準。水流管網14是整個浙青路面溫差發電系統中重要且最易受到破壞的環節，因此水流管網材料的選擇和施工運營期對其保護非常重要。水流管網宜採用具有較高導熱性能、較高強度和耐久性的材料。另外，浙青路面結構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構的導熱性能，進而提高溫差發電的效率。2)水流管網14與自來水管道的連接如圖4所示，連接部分的設置要考慮城市自來水管道8的布置的特點管道平行於道路中心線布置；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an左右。 以減小對自來水系統的影響為設置原則。連接部分設置時特別注意的一個技術要點是循環水並非直接流回自來水管道 8，而是有一段並行調節溫度的過程，這一過程中流經浙青路面升溫或降溫後的循環水與自來水管道內的水有一定溫度差，可以布置溫差發電模塊12用來發電。連接部分控制循環水進去浙青路面管網的閥門10需設置在路面以上或易操作的位置並注意保護，主管道與循環管道管徑差異、水壓差異要協調好，同時應做好連接部分防止水滲漏的措置。3)溫差發電模塊的布設無論夏季還是冬季，浙青路面結構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，本發明通過將管道內循環水引入浙青路面結構內水流管網的方法加以解決。循環水剛進入浙青路面結構時，兩者會有較大的溫度差異，然後會受到浙青路面加熱或冷卻，循環水流回自來水管道8前，又會與管道內的水存在較大的溫度差異。因此，溫差發電模塊有兩個布置區域一是水流管網14前段，循環水與浙青路面溫差較大的區域，可直接將溫差發電模塊12貼在水流管道上；二是循環水流回前與自來水管道並行，兩者存在較大溫差的區域，溫差發電模塊12需一邊接觸水流管網14循環水管壁一邊接觸自來水管道8管壁。如圖5所示，溫差發電模塊12布設的數量和密度可根據路用電器的電壓、實際路面情況及經濟性來確定。如圖2所示，溫差發電模塊12是現有的技術，可在市場上買到，其包括導電體1，導熱絕緣保護外殼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造。溫差發電材料選擇是整個發電模塊最重要的環節，宜選用經濟性好、熱電轉換效率高的新型材料。目前市場上具有較高品質因數的低溫發電材料是Bi2Te3-Bije3 固溶體(N型)和Bi2Te3-Sb2I^3固溶體(P型)，如廣東富信電子科技有限公司生產的 TEG1-127-2. 8-3. 5-200型溫差發電組件等。但是，隨著科技的進步新型的更高效的溫差發電材料會不斷出現，要及時更新採用新材料新技術。溫差發電模塊12需設置蓄電裝置，調節溫差發電電能的使用，如果需要還需要設置直流交流電轉換裝置，溫差發電產生的電能為直流電。上述雖然結合附圖對本發明的具體實施方式
進行了描述，但並非對本發明保護範圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護範圍以內。
權利要求
1.一種利用城市浙青路面與地下水源管道溫差發電系統，其特徵是，在城市浙青路面內布設水流管網，水流管網並聯於城市浙青路面下鋪設的水源管道上，且水流管網的回流水端一部分纏繞在水源管道上，在水流管網與城市浙青路面之間以及水流管網與水源管道連接部分的接觸面上分別設有若干溫差發電模塊。
2.如權利要求1所述的利用城市浙青路面與地下水源管道溫差發電系統，其特徵是， 所述溫差發電模塊分別設置於水流管網內循環水與浙青路面溫差較大區域的水流管網上， 以及水流管網的回流水端部分纏繞在水源管道區域上，且該溫差發電模塊一邊與水流管網的回流水端管壁接觸，另一邊與水源管道管壁接觸。
3.如權利要求1所述的利用城市浙青路面與地下水源管道溫差發電系統，其特徵是， 所述水源為自來水或地下水。
全文摘要
本發明公開了一種利用城市瀝青路面與地下水源管道溫差發電系統，在城市瀝青路面內布設水流管網，水流管網並聯於城市瀝青路面下鋪設的水源管道上，且水流管網的回流水端一部分纏繞在水源管道上，在水流管網與城市瀝青路面之間以及水流管網與水源管道連接部分溫差較大區域上分別設有溫差發電模塊。本發明通過溫差發電模塊對路面溫度進行採集，可以起到平衡路面溫度與環境溫度的作用，提高路面結構受溫度影響的耐久性和使用性能，同時溫差發電具有性能可靠、無汙染、無噪音、永續使用的優勢，產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H02N11/00GK102545720SQ201210042849
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月24日 優先權日2012年2月24日
發明者姚佔勇, 張堃, 李帥 申請人:山東大學