專(zhuān)利名稱(chēng)：大管徑高溫?zé)煹罒煔庥酂岚雽?dǎo)體溫差發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大管徑高溫?zé)煹罒煔庥酂岚雽?dǎo)體溫差發(fā)電系統(tǒng)，應(yīng)用于各種管道的髙溫?zé)?氣余熱回收，屬于節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，公知的煙氣余熱回收多采用換熱器加熱空氣、水等方法進(jìn)行熱能回收，是屬于低品 位能量回收技術(shù)。而采用半導(dǎo)體溫差發(fā)電技術(shù)，則是利用煙氣與冷端的溫差，直接產(chǎn)生高品位 的電能加以利用，是一種新的高品位能量回收節(jié)能技術(shù)。由于高溫?zé)煹赖某叽绱笮〔灰?，在?zhuān) 利《一種半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置》(專(zhuān)利號(hào)200720047891.1)所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)中，不能對(duì)內(nèi)部煙 氣的余熱進(jìn)行回收，回收的效率低。在專(zhuān)利《管道式余熱回收半導(dǎo)體溫差發(fā)電方法及裝置》(專(zhuān) 利號(hào)200810021366. 1 )中所設(shè)計(jì)的輪轂式集熱系統(tǒng)本質(zhì)上僅對(duì)煙道外壁布置溫差發(fā)電元件， 是通過(guò)消耗大量金屬材料，將煙氣中的熱量通過(guò)導(dǎo)熱的形式傳給壁面，這種設(shè)計(jì)對(duì)內(nèi)部煙氣熱 量的回收并不充分；同時(shí)這種設(shè)計(jì)流阻較大，溫差發(fā)電元件產(chǎn)生的電力甚至不足以維持流阻消 耗的能量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種針對(duì)大管徑的，可以充分利用煙氣余熱，高換熱效率的大管徑高 溫?zé)煹罒煔庥酂岚雽?dǎo)體溫差發(fā)電系統(tǒng)。
技術(shù)方案
一種大管徑高溫?zé)煹罒煔庥酂岚雽?dǎo)體溫差發(fā)電系統(tǒng)，包括熱電轉(zhuǎn)換模塊以及電池或負(fù)載，其特 征上述熱電轉(zhuǎn)換模塊具體組成如下布置于管道外壁的單面受熱式半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊，其與 管道外壁貼合面為受熱面，另一面為冷卻面；沿流線方向布置于管道內(nèi)的陣列排布的雙面受熱 式半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊，該模塊內(nèi)部為冷卻通道，外周與高溫?zé)煔饨佑|的為受熱面；該內(nèi)部冷卻通道釆用水冷或空氣冷卻方式；由于安裝陣列排布的雙面受熱式半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊，f吏管 道內(nèi)部形成堵塞，堵塞比在O. 2-0. 3。
上述雙面受熱式半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊內(nèi)部可以設(shè)有折流板，使冷卻水從一端進(jìn)入內(nèi)部，經(jīng) 過(guò)折流板繞到另一端流出，這樣可以增大冷卻換熱面積。
上述雙面受熱式半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊整體結(jié)構(gòu)可以釆用流線形，其頭尾可以采用MCA翼 型結(jié)構(gòu)。在煙氣流經(jīng)內(nèi)部溫差發(fā)單元結(jié)構(gòu)體時(shí)，會(huì)產(chǎn)生局部阻力和沿程阻力。通過(guò)這種結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)，這種流線型結(jié)構(gòu)可以有效抑制附面層的分離，從而減少流動(dòng)阻力。
上述堵塞比的確定方式內(nèi)部溫差發(fā)電單元結(jié)構(gòu)體排列的密度有一定的標(biāo)準(zhǔn)，若是太密， 則壓力損失過(guò)大，若太稀疏，則換熱不夠充分。同時(shí)，煙氣的壓降還與溫差發(fā)點(diǎn)單元的幾何外 形、煙氣的流速、溫差發(fā)電單元橫向布置的長(zhǎng)度、煙氣的密度及粘度有關(guān)。對(duì)上述參數(shù)經(jīng)過(guò)研 究得出無(wú)量綱參數(shù)歐拉數(shù)Eu、雷諾數(shù)Re與阻塞比的關(guān)系，阻塞比優(yōu)選范圍為0. 2-0. 3。
上述雙面受熱式半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊的內(nèi)部冷卻通道內(nèi)可以設(shè)置強(qiáng)化冷卻肋片結(jié)構(gòu)。強(qiáng)化 冷卻肋片的高度、間距可根據(jù)半導(dǎo)體溫差發(fā)電單元的大小進(jìn)行設(shè)計(jì)，達(dá)到最優(yōu)化的效果。上述 雙面受熱式半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊的外部受熱面也可以增加沿流向方向的強(qiáng)化換熱肋片。
上述管道內(nèi)陣列排布的雙面受熱式半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊，其所述陣列形式為平行型或網(wǎng)格 型。煙道的內(nèi)部可根據(jù)不同尺寸選擇不同的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，對(duì)于小尺寸的煙道，可采用橫向排布， 對(duì)與較大尺寸的煙道，為了充分換熱，采用橫向加縱向排布的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。通過(guò)這種布置形式， 使換熱器布置緊湊，換熱效率高，降溫效果好。
上述雙面受熱式半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊內(nèi)部冷卻可采用逆流的形式，即冷卻水從煙道末端的 溫差發(fā)電模塊進(jìn)入，在煙道前端的溫差發(fā)電模塊流出。這種循環(huán)方式使平均溫差加大，換熱效 果更好，溫差發(fā)電的功率和效率得到提升。


圖1本系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2本系統(tǒng)的雙面受熱式半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3本系統(tǒng)雙面受熱式半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊陣列排布方式示意圖。 圖4本發(fā)明系統(tǒng)中歐拉數(shù)Eu、雷諾數(shù)Re與阻塞比的關(guān)系。 圖5本發(fā)明系統(tǒng)中強(qiáng)化肋高度與換熱效率的關(guān)系。圖1圖2中標(biāo)號(hào)名稱(chēng)，1.雙面受熱式半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊，2.單面受熱式半導(dǎo)體溫差發(fā) 電模塊，3.煙道，4.冷卻進(jìn)口， 5.冷卻出口， 6.強(qiáng)化冷卻肋片，7.折流板，8.機(jī)翼形 狀的前后端，9.雙半導(dǎo)體溫差發(fā)電元件，10.冷卻通道。
具體實(shí)施例方式
如圖1圖2圖3所示，本發(fā)明由煙道內(nèi)部的雙面受熱式半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊l、冷卻管道 組成。煙道中的高溫?zé)煔饬鹘?jīng)煙道內(nèi)部的雙面受熱式半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊1冷卻，以對(duì)流的方 式將熱量傳給雙面受熱式半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊l的熱端結(jié)構(gòu)和煙道3，然后這部分熱量通過(guò)導(dǎo) 熱的形式傳給雙面受熱式半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊l的冷端。冷卻水或冷卻空氣則通過(guò)冷卻進(jìn)口 4 進(jìn)入冷卻通道IO，在強(qiáng)化冷卻肋片6的作用下，加大了換熱面積，從而增大了對(duì)溫差發(fā)電元 件另一面的冷卻效率。于是，在溫差發(fā)電元件兩端產(chǎn)生了較大的溫差，通過(guò)回路產(chǎn)生電壓和電 流，此外熱量又以導(dǎo)熱的方式從雙面受熱式半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊的熱面?zhèn)鹘o冷面，進(jìn)而達(dá)到了 降低煙氣溫度的目的。
內(nèi)部溫差發(fā)電單元結(jié)構(gòu)體采用雙面熱端結(jié)構(gòu)，中間為冷卻通道IO，在一個(gè)單獨(dú)的溫差發(fā) 電單元體中，冷卻進(jìn)口 4的冷卻水通過(guò)折流板7繞流到另一側(cè)排出，然后進(jìn)入下一個(gè)溫差發(fā)電 單元體中，整個(gè)系統(tǒng)由多個(gè)溫差發(fā)電單元體組成，冷卻水流經(jīng)每個(gè)溫差發(fā)電單元，吸收煙氣熱 量，溫度逐漸提升，冷卻水進(jìn)出可以采用逆流的形式，從煙道末端的溫差發(fā)電單元體進(jìn)入，在 煙道前端的溫差發(fā)電單元體流出，這種循環(huán)方式使平均溫差加大，換熱效果更好，溫差發(fā)電的 功率和效率得到提升。
對(duì)于外部溫差發(fā)電單元結(jié)構(gòu)體，煙氣的熱量通過(guò)煙道3傳給溫差發(fā)電元件的熱端，冷端可 以采用水冷或風(fēng)冷的形式。
如圖4所示。內(nèi)部溫差發(fā)電單元結(jié)構(gòu)體排列的密度有一定的標(biāo)準(zhǔn)，若是太密，則壓力損失 過(guò)大，若太稀疏，則換熱不夠充分。同時(shí)，煙氣的壓降還與溫差發(fā)點(diǎn)單元的幾何外形、煙氣的 流速、溫差發(fā)電單元橫向布置的長(zhǎng)度、煙氣的密度及粘度有關(guān)。為了便于表示各個(gè)因素之間與 壓降的關(guān)系，我們通常用無(wú)量綱的方法來(lái)表示。如圖4, ^/4)為阻塞比。壓降A(chǔ)p為歐拉數(shù) Eu的函數(shù)。
強(qiáng)化冷卻肋片6的高度與效率之間的關(guān)系如圖5所示。內(nèi)部溫差發(fā)電單元結(jié)構(gòu)體中的冷卻 通道內(nèi)部也包括強(qiáng)化冷卻肋片，其高度、間距可根據(jù)半導(dǎo)體溫差發(fā)電單元的大小進(jìn)行設(shè)計(jì)，達(dá) 到最優(yōu)化的效果。
權(quán)利要求
1、一種大管徑高溫?zé)煹罒煔庥酂岚雽?dǎo)體溫差發(fā)電系統(tǒng)，包括熱電轉(zhuǎn)換模塊以及電池或負(fù)載，其特征上述熱電轉(zhuǎn)換模塊具體組成如下布置于管道外壁的單面受熱式半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊(2)，其與管道外壁貼合面為受熱面，另一面為冷卻面；沿流線方向布置于管道內(nèi)的陣列排布的雙面受熱式半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊(1)，該模塊內(nèi)部為冷卻通道(10)，外周與高溫?zé)煔饨佑|的面為受熱面；該內(nèi)部冷卻通道(10)采用水冷或空氣冷卻方式；由于安裝陣列排布的雙面受熱式半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊(1)，使管道內(nèi)部形成堵塞，堵塞比在0.2-0.3。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的大管徑高溫?zé)煹罒煔庥酂岚雽?dǎo)體溫差發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于 上述雙面受熱式半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊(1)內(nèi)部設(shè)有折流板(7)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的大管徑高溫?zé)煹罒煔庥酂岚雽?dǎo)體溫差發(fā)電系統(tǒng)，其恃征在于 上述雙面受熱式半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊(l)整體結(jié)構(gòu)采用流線形，其頭尾釆用NACA翼型結(jié)構(gòu)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的大管徑高溫?zé)煹罒煔庥酂岚雽?dǎo)體溫差發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于 雙面受熱式半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊(l)的內(nèi)部冷卻通道U0)內(nèi)具有強(qiáng)化冷卻肋片(6)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的大管徑高溫?zé)煹罒煔庥酂岚雽?dǎo)體溫差發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于 上述雙面受熱式半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊(l)的外部受熱面具有沿?zé)煔饬飨蚍较虻膹?qiáng)化換熱肋片。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的大管徑高溫?zé)煹罒煔庥酂岚雽?dǎo)體溫差發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于 上述管道內(nèi)陣列排布的雙面受熱式半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊(l)，其所述陣列形式為平行型或網(wǎng)格型。
7、根據(jù)權(quán)利要求l所述的大管徑高溫?zé)煹罒煔庥酂岚雽?dǎo)體溫差發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于 所述多個(gè)雙面受熱式半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊(l)內(nèi)部冷卻采用逆流形式連接，即冷卻水從煙道末 端的溫差發(fā)電模塊進(jìn)入，在煙道前端的溫差發(fā)電模塊流出。
全文摘要
一種大管徑高溫?zé)煹罒煔庥酂岚雽?dǎo)體溫差發(fā)電系統(tǒng)，屬于節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域。包括熱電轉(zhuǎn)換模塊以及電池或負(fù)載，其特征上述熱電轉(zhuǎn)換模塊具體組成如下布置于管道外壁的單面受熱式半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊(2)，其與管道外壁貼合面為受熱面，另一面為冷卻面；沿流線方向布置于管道內(nèi)的陣列排布的雙面受熱式半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊(1)，該模塊內(nèi)部為冷卻通道(10)，外周與高溫?zé)煔饨佑|的面為受熱面；該內(nèi)部冷卻通道(10)采用水冷或空氣冷卻方式；由于安裝陣列排布的雙面受熱式半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊(1)，使管道內(nèi)部形成堵塞，堵塞比在0.2-0.3。本發(fā)明針對(duì)大管徑，可以充分利用煙氣余熱，換熱效率高。
文檔編號(hào)H02N11/00GK101527532SQ200910024648
公開(kāi)日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2009年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月25日
發(fā)明者林 梁, 白忠愷, 東 韓 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)