阅读说明：本技术 一种轨道板发电装置 (Track slab power generation device ) 是由 闫斌 徐磊 陈伟 娄平 王卫东 曾志平 闫晗 唐进锋 徐庆元 于 2020-07-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种轨道板发电装置,包括带有两个热源入口的温差发电组件和铺设在所述轨道板上表面的第一集热片以及铺设在所述轨道板下表面的第二集热片；所述第一集热片通过导热组件与所述温差发电组件的一个热源入口相连接,所述第二集热片通过导热组件与所述温差发电组件的另一个热源入口相连接。本发明的轨道板发电装置结构简单,装置小巧,能够将轨道板热量转化为电能,能量利用效率及转化效率较高,既加强了轨道结构使用耐久性,又合理的利用了自然资源。(The invention discloses a track plate power generation device which comprises a thermoelectric generation assembly with two heat source inlets, a first heat collection sheet paved on the upper surface of a track plate and a second heat collection sheet paved on the lower surface of the track plate, wherein the thermoelectric generation assembly is provided with two heat source inlets; the first heat collecting sheet is connected with one heat source inlet of the thermoelectric generation assembly through a heat conduction assembly, and the second heat collecting sheet is connected with the other heat source inlet of the thermoelectric generation assembly through a heat conduction assembly. The track slab power generation device is simple in structure, small and exquisite in device, capable of converting track slab heat into electric energy, high in energy utilization efficiency and conversion efficiency, capable of enhancing the service durability of the track structure and reasonably utilizing natural resources.)

一种轨道板发电装置

技术领域

本发明涉及铁路轨道领域，具体涉及轨道板发电装置。

背景技术

温差发电依据Peltier效应、Seebeck效应和Thomson效应这三种基本理论，成为一种利用冷热源之间的温差驱动发电的方法，是直接将热能转换为电能的技术，结构简单，能够有效的减少环境污染、降低噪音、持续发电能留强。该技术常用于工业余热、太阳能、海洋温差能以及汽车尾气余热排放等方面。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种轨道板发电装置，上述装置结构简单，体积较小，能够将轨道板热量转化为电能，既加强了轨道结构使用耐久性，又合理的利用了自然资源。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种轨道板发电装置，包括带有两个热源入口的温差发电组件和铺设在所述轨道板上表面的第一集热片以及铺设在轨道板下表面的第二集热片；所述第一集热片通过导热组件与所述温差发电组件的一个热源入口相连接，所述第二集热片通过导热组件与所述温差发电组件的另一个热源入口相连接。

上述技术方案的设计思路在于，经发明人研究发现，我国轨道中混凝土结构的温度与实践存在较大的关联性，其表面温度随环境温度和时间发生剧烈变化，其内部温度变化在时间存在一定的滞后，且变化幅度随着深度的增加快速减小。我国直线段铁路桥上轨道上下表面正温差平均为17.0℃，负温差平均为8.7℃；轨道板上下表面正温差平均为13.0℃，负温差平均为6.4℃。而轨道的竖向温度梯度不仅影响连续轨道结构的稳定性，还引起轨道板反复翘曲变形导致砂浆层离缝。基于上述现象和原理，本发明通过集热片能够收集上下表面的不同温度的热量，再通过导热组件将热量传输至温差发电组件，上述装置能够利用直线段铁路桥上轨道板上下表面存在的温度差进行发电，合理利用了自然资源实现能量的循环利用，该发电方式对环境友好，能降低能量消耗，同时，还可通过对轨道板上下表面温度差的利用，减小甚至消除其温度差值，从而避免由于上下表面存在的温度差导致的轨道板稳定性降低、反复翘曲变形和砂浆层离缝的问题。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述第一集热片和第二集热片伸出所述轨道板的边缘外，所述温差发电组件设置在所述第一集热片和第二集热片之间。通过上述设置方式，将发电装置整合在轨道板附近，极大地减少了发电装置所占的空间，也便于发电装置的检修；同时，通过上述布置方式，本发明连接集热片和温差发电组件的导热管的长度最短，能够减少因导热管过长造成的热量损失，从而提高发电装置的工作效率，节省设置成本。

所述温差发电组件的一个热源入口紧贴于第一集热片或第二集热片。将温差发电组件的热源入口直接与其中一个集热片相接触设置，能够最大程度上减少集热片到温差发电组件传输过程中热量的损耗，从而进一步提高发电装置的工作效率。

所述第一集热片和第二集热片为铝合金片。由于铝合金片具有良好的导热性能，因此选择其作为集热片能有效收集、传导来自轨道板上下表面的热量，从而提高能量利用效率以及装置发电效率。

所述导热管内部填充有导热材料，所述导热材料为石墨、铝合金和有机油中的一种。选择导热性能良好的石墨、铝合金或有机油作为导热管内的填充材料，可减少导热管在进行热量传输时的能量损失，从而进一步提高本发明的发电装置的效率。

所述装置外覆盖有隔热绝缘层。通过在装置外覆盖隔热绝缘层，能够保证热量的有效传递和利用，防止装置内部的能量向外逸散，从而提高发电装置的能量使用效率，同时还可避免导电现象的发生，保证轨道和人员的安全。

所述隔热绝缘层的材料为气凝胶、聚氨酯、酚醛树脂和玻璃纤维棉中的一种或多种。上述几种材料的导电性和导热性较差，能够很好地起到隔热绝缘的效果。

所述温差发电组件为TEG温差发电芯片。TEG芯片结构简单，装置小巧，能够减少装置整体所占的体积。

所述装置外还覆盖有抗腐蚀层。装置外的抗腐蚀层可防止下雨等自然因素对材料的腐蚀，降低装置的故障率，延长装置的使用寿命。

所述抗腐蚀层的材料为丙烯酸、聚氨酯或环氧树脂。

所述温差发电组件通过电能输出组件与储能设备相连接，所述储能设备与用电设备相连接。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的轨道板发电装置结构简单，装置小巧，能够将轨道板热量转化为电能，能量利用效率及转化效率较高，既加强了轨道结构使用耐久性，又合理的利用了自然资源，产生的电能能够供应给高铁周围的各用电设施，对环境无污染，是一种绿色环保的发电方式。

附图说明

图1实施例1的轨道板发电装置与轨道板的位置关系示意图；

图2为实施例1的轨道板发电装置沿图1中a线方向的截面示意图；

图3为实施例1的轨道板发电装置沿图1中b线方向的截面示意图；

图4为实施例1的轨道板发电装置与储能设备和用电设备的连接关系图；

图5为实施例1的温差发电组件(TEG温差发电芯片的结构示意图)。

图例说明：

1、第一集热片；2、导热管；3、温差发电组件；4、隔热绝缘层；5、第二集热片；6、储能设备；7、用电设备；8、轨道板；9、轨道板发电装置；31、第一热源入口；32、第二热源入口；33、N型半导体；34、P型半导体；35、正极导线；36、负极导线。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

如图1-图3所示，本实施例的轨道板发电装置9，包括带有两个热源入口的温差发电组件3和分别铺设在轨道板8上下表面的第一集热片1以及第二集热片5；第一集热片1和第二集热片5分别通过导热管2与温差发电组件3的不同热源入口相连接。

本实施例中，第一集热片1和第二集热片5伸出轨道板8的边缘外，温差发电组件3设置在第一集热片1和第二集热片5之间。

本实施例中，温差发电组件3的一个热源入口紧贴于第二集热片5。

本实施例中，第一集热片1和第二集热片5为铝合金片。

本实施例中，导热管2内部填充有导热材料，导热材料为石墨。

本实施例中，装置外覆盖有隔热绝缘层4。

本实施例中，隔热绝缘层4的材料为气凝胶、聚氨酯、酚醛树脂和玻璃纤维棉。

本实施例中，温差发电组件3为TEG温差发电芯片，该温差发电芯片的结构如图5所示，包括分别设置在上下表面的第一热源入口31和第二热源入口32以及连接第一热源入口31和第二热源入口32的N型半导体33和P型半导体34，还包括连接在TEG温差发电芯片上用以输出电流的正极导线35以及负极导线36。该TEG温差发电芯片利用赛贝克效应原理，采用薄膜技术，利用两种金属之间存在的温度差异，元件一端流入热量Q1，元件另一端流出热量Q2，产生的温度差造成电势差，从而在闭合回路中形成电流。

本实施例中，装置外还覆盖有抗腐蚀层。

本实施例中，抗腐蚀层的材料为环氧树脂。

在使用时，根据无砟轨道竖向温度梯度分布特性，在5-8月份出现较大竖向正温差，轨道板8顶面温度较高，此时，第一集热片1集热，第二集热片5散热；在1月份出现较大负温差，此时，第一集热片1散热，第二集热片5集热。因此，在不同时间不同温差条件下，温差发电组件3能够自动调整冷端和热端，持续输出电能，具有使用时间长、自我调节适应能力强、经济性等优点。同时，如图4所示，同一区域内设置的多个轨道板发电装置9，通过温差发电组件3外接储能设备6，再将储能设备6与用电设备7连接，将产生的电能进行合理的利用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。