CN103095184B - 废热利用温差发电管道装置 - Google Patents

Abstract

本专利公布了一种旨在将生活工业中的低品位热能转化为电能的新型管道装置，主要由热流管道、传热装置、温差发电模块、散热冷却系统以及蓄电控制模块等5大部分构成。热流管道中的废热通过热管传热装置中工作介质相变，传递到温差发电模块的热端，其冷端由散热系统持续冷却，使发电模块两端形成温差而发电。采用蓄电控制模块保证能量转换的连续性和电能输出的稳定性。对于现有管道，另设计了一种管道夹持温差发电装置，原理基本一致，但应在现有管道和热管传热装置之间添加导热胶层减小热阻。此夹持装置可根据现有管道尺寸匹配设计。本发明旨在解决现有工业余热回收温差发电技术中温差发电模块不受管道外形限制影响及导热效率不高的缺陷。

Description

废热利用温差发电管道装置

技术领域

本发明涉及一种半导体温差发电技术，尤其涉及一种用于匹配水平任意形状管道余热利用，基于热管原理的温差发电技术，属于工业余热发电领域。

背景技术

随着能源供需矛盾的不断加深，能源问题已经是人类社会发展急需解决的问题。在大力发展新能源的同时，提高工业行业中一次能源的利用效率也是一条可行之道。我国能源利用率仅为30% 左右，比发达国家低约10%，至少50%的工业耗能以各种形式的余热被直接废弃。如果这部分余热能够利用起来，既能有效提高一次能源利用效率，又可以减少企业热污染排放，其经济，环保效益不言而喻。

    热管主要依靠自身内部工作液体的相变来实现传热，具有很高的导热性，优良的等温性，热流密度可变性，热流方向可逆性，恒温特性和良好的环境适应性。温差发电模块主要是将热能转换为电能，其工作原理是在半导体两端面提供一个温差，从而在半导体两端产生直流电压而输出电能，是一种直接将热能转换成电能的全固态能量转换方式，具有体积小，重量轻，无振动，无噪声，寿命长等优点。针对之前所说工业余热，可以将热管与温差发电模块进行组合，从而回收工业余热进行发电。

目前，国内外的理论研究并没有本质差别，工业余热的回收主要技术有吸收式系统，吸附式系统，新型材料，热声技术，以及最新的热轮和热管技术。不同的是，国外的余热回收技术经过长期发展，已经趋于成熟，设备优良，应用广泛。而国内中高温余热回收技术推广应用不足，低温余热回收技术水平较低，导致我国工业余热回收总体效率很低。

在现有热管温差发电技术中，大多数研究着重于温差发电模块发电效率的提高，研究投入大而进展缓慢。而对于热量从管道到温差发电模块的热端的传递过程关注较少，只是让热管或者温差发电模块简单的附着于管道表面或者插入管道中，这就必然使得部件的布置受到管道外形的影响甚至增加管道中流体流动阻力，增加系统运行负担，而且使热管和温差发电模块处于比较恶劣的工作环境，不能处于最佳工作状态，而且损坏率升高，无形中增加成本资金。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于热管原理的废热利用温差发电装置，其传热装置设计可匹配任意形状的热流管道，并且不需要使热管插入热流管道中，还能有效地增加热流管道传递到温差发电模块的热量，从而避免了热流管道中流动阻力的产生，并使温差发电模块处于最佳工作状态。

本发明所采用的技术方案是：热流管道材料采用泡沫金属或肋片管（肋片表面经粗糙化处理），从而增加气化核心，增强沸腾换热。传热装置是基于热管原理所设计，为减少传热装置中工质相变转移过程的热损失，其U形部分（参照图1）应绝热性能良好，而其与温差发电模块接触部分应导热性能良好，保证工质热量的高效利用；另外此传热装置可以根据热流管道的外形需要匹配设计，从而使其完全包裹热流管道，尽可能大的利用换热面积，有效增加传递的热量，使温差发电模块处于最佳工作状态。

本发明的有益效果：此传热装置基于热管原理设计，导热性高，等温性好，热流密度可变性能优良，并且能够针对各种外形的水平散热管道设计匹配的传热装置，解决了传热装置布置受管型影响，与水平管道接触面积不大，换热效率低下的问题。装卸灵活，易于改装，环境适应能力大大提高。

附图说明

图1图2为废热利用温差发电管道装置的结构示意图。（图1为截面图，图2为侧视图）

图3为废热利用温差发电夹持装置的结构示意图。

    其中图1图2中：1为散热板翅片；2为温差发电模块；3为传热装置；4为传热装置工质；5为热流管道；6为热流体；7为绝热套件；8为内外管焊接处。

    图3中：1为散热板翅片；2为温差发电模块；3为传热装置；4为传热装置工质；5为热流管道；6为热流体；7为绝热套件；8为导热介质；9为夹持装置。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1，图2为废热温差发电管的结构示意图，如图所示：带有余热的中低温热流体6在热流管道5内流动，热流管道5被传热装置工质4覆盖。传热装置3的U型部分材料绝热性能良好，以减少传热装置工质4相变转移过程的热损失，与温差发电模块2热端紧密相连的传热装置3水平部分导热性能良好，保证工质热量的高效率利用。温差发电模块2冷端与散热板翅片1紧贴，增加与空气的接触面积，加强散热。热流管道5和传热装置3在端口处焊接（见内外管焊接处8），保证了传热装置的密封与固定。

图3为废热温差发电夹持装置的结构示意图。与图1不同的是此装置是为匹配已有管道设计，传热装置3由两个对称的异形热管和夹持装置9组成。工作时，夹持装置将异形热管固定在热流管道上进行换热，无需进行焊接，夹持装置9应保证传热装置3与热流管道5内外壁面紧密接触。其他各部分的连接匹配情况与图1相同。

由于图1与图3的工作原理相同，具体实施方式就借助图1说明。工业生产过程中带有余热的热流体6在热流管道5内流动，其热量被覆盖在其表面的传热装置工质4吸收，传热装置3中已进行抽气形成一定真空度，所以工质4能够吸热沸腾。由于传热装置3本身的绝热性能及绝热套件7的保温作用，工质4在吸热，沸腾，上升流动过程散失的能量很小。气态的工质4在导热性能很好的传热装置水平部分冷凝为液体，使水平部分温度升高，液体工质由于重力作用而下降，完成吸热-沸腾-上升-冷凝-下降-吸热的循环过程。与传热装置3水平部分紧贴温差发电模块2的热端接收了此高温，温差发电模块2的冷端采用布有翅片的散热系统冷却，以建立并保持冷热端足够的温差来进行热电能量转换。

    最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (7)

1.一种废热温差发电装置，适用任何外形的热流管道，并以此来匹配温差发电模块，根据热流管道和温差发电模块的外形，设计传热装置来传递热量、连接热流管道和温差发电模块；其特征是：热流管道、传热装置、温差发电模块、散热冷却系统以及蓄电控制模块顺次连接成整体的一种废热温差发电装置；传热装置于热管原理设计，其中的传热工质直接接触并完全覆盖热流管道。

2.根据权利要求1所述的一种废热温差发电装置，还包括导热胶，用于温差发电模块和散热冷却系统的连接、导热。

3.根据权利要求1所述的一种废热温差发电装置，还包括针对热流管道和温差发电装置连接而设计的传热装置。

4.根据权利要求1所述的一种废热温差发电装置，该废热温差发电装置的热流管道材料采用泡沫金属，或者采用肋片管，肋片表面经化学处理，从而增加气化核心，增强沸腾换热。

5.根据权利要求1所述的一种废热温差发电装置，该废热温差发电装置的散热冷却系统根据热流管道的热流密度不同采取自然对流、强制风冷或循环水冷散热方式。

6.一种废热温差发电夹持装置，其特征是：夹持装置、传热装置、温差发电模块、散热冷却系统以及蓄电控制模块连接成整体的一种温差发电装置——废热温差发电夹持装置；传热装置是基于热管原理设计的传热装置，其中传热装置由两部分组成，通过夹持装置紧固连接并和热流管道外表面通过导热胶紧密接触；传热装置的外形根据热流管道和温差发电模块的外形设计从而充分利用管道外表面积，主要作用是传递热量、连接热流管道和温差发电模块。

7.根据权利要求6所述的一种废热温差发电装置，还包括导热胶，用于温差发电模块和散热冷却系统的连接、导热。