CN103580545A

CN103580545A - 微凸台阵列型温差发电器热交换模块

Info

Publication number: CN103580545A
Application number: CN201310518054.2A
Authority: CN
Inventors: 梅德庆; 李洋; 姚喆赫; 王辉; 娄心洋; 陈子辰
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2013-10-29
Filing date: 2013-10-29
Publication date: 2014-02-12

Abstract

本发明公开了一种微凸台阵列型温差发电器热交换模块。微凸台阵列安装在热交换模块底板的上端面，上端与上盖板的下端面接触，左、右侧板分别安装在温差发电器热交换模块底板的左侧和右侧，进、出流口分别安装在温差发电器热交换模块的前端和后端；热流体从进流口进入温差发电器热交换模块，流经微凸台阵列进行对流换热后，从出流口流出；整个温差发电器热交换模块安装在温差发电模块的上部，作为温差发电器的热端。采用微凸台阵列结构，与微通道结构相比增加了对流换热面积，提高了热交换效率；微凸台采用菱形错排阵列，能使结构更加复杂，流体变得更为紊乱，对流换热更剧烈；微凸台阵列结构简单，易于制造，生产成本较低，适合批量化生产。

Description

微凸台阵列型温差发电器热交换模块

技术领域

本发明涉及一种温差发电器热交换模块，尤其是涉及一种微凸台阵列型温差发电器热交换模块。

技术背景

现在人类面临着严重的能源危机，因此，人们在不断地寻找新的替代能源，热电材料温差发电是一种新型的发电方式，利用塞贝克效应将热能直接转换为电能。以热电材料温差发电模块制造的半导体发电机只要有温差存在即能发电。它具有清洁、无噪音污染、无毒害物质排放、高效、寿命长、坚固、可靠性高、稳定等一系列优点，符合绿色环保要求，对国民经济的可持续发展具有重要的战略意义。常见的热电材料有低温段Bi2Te3合金，中温段PbTe合金，高温段SiGe合金等。

温差发电器的应用已经从最初的军事和航天空间站扩展到日常生活和环保方面。在我们的周围有着太多的“余热”可以利用，废汽热、废水热和废火热等等；在能源日益紧张的今天，温差发电器对余热的应用迫在眉睫。热交换模块是温差发电器的重要组成部分，是温差发电器与外界交换热量的部件。热交换主要有两个方面，一是废气、废液余热与温差发电器热端的热交换，二是温差发电器冷端与冷却水的热交换。热交换模块的设计准则是增大换热效率，好的热交换模块可以使废热利用率大大提高，冷却效率也同样提高，这样温差发电器两端温差也随之增加，最终发电器输出功率得以提高。增加热交换模块内部的有效换热面积和流体在热交换模块内部紊乱程度是提高换热效率的有效途径之一。根据已有文献资料，随着换热设备单元尺度的减小，对流换热系数不断提高，使设备的传热得到了不断地强化。其中微凸台阵列结构的传热性能尤为出色，这是因为：由于微凸台阵列的存在，流体的流动变得较为无序，流体单元间混合加剧，增加了对流换热；另外，由于热流更易在两个微凸台之间的微小空隙中被捕捉而传递更多的热量。交错排列的微凸台阵列和直线排列的微凸台阵列相比，能够使流体变得更为无序，使得对流换热更剧烈。因此，在温差发电器热交换模块结构设计中引入错排微凸台阵列将很大程度上增大热交换模块的对流换热系数，可有效提高热交换模块的换热性能，从而使热交换模块更加紧凑、高效和实用。微凸台阵列结构已经被引入到醇类重整制氢微反应器和液体燃料蒸发器结构设计中，用来替代微通道结构，都取得了很好的应用效果。目前。国内外常见的温差发电器热交换模块采用微通道结构，增加了有效换热面积和流体在热交换模块内部滞留时间。但是，目前尚无文献资料提及微凸台阵列温差发电器热交换模块结构。

发明内容

本发明目的在于提供一种微凸台阵列型温差发电器热交换模块，结构紧凑，换热效率高，既可作为温差发电器热端，也可作为温差发电器冷端。

本发明采用的技术方案是：

本发明包括热交换模块底板，上盖板，左侧板，右侧板，微凸台阵列，进流口和出流口；微凸台阵列安装在热交换模块底板的上端面，微凸台阵列上端与上盖板的下端面接触，左侧板和右侧板分别安装在温差发电器热交换模块底板的左侧和右侧，进流口和出流口分别安装在温差发电器热交换模块的前端和后端；热流体从进流口进入温差发电器热交换模块，流经微凸台阵列进行对流换热后，从出流口流出；整个温差发电器热交换模块安装在温差发电模块的上部，作为温差发电器的热端。

所述的微凸台阵列的阵列结构为错排阵列，每行微凸台均匀分布，行与行之间均匀交错排列。

所述的微凸台阵列中，微凸台横截面形状为菱形或圆形。

本发明具有的有益效果：

1、温差发电器热交换模块采用微凸台阵列结构，与微通道结构相比增加了对流换热面积，提高了热交换效率。

2、微凸台采用特征尺寸为0.1-1mm的菱形而非圆形，阵列结构采用错排阵列而非直排阵列，这都能使结构更加复杂，流体变得更为紊乱，对流换热更剧烈。

3、微凸台阵列结构简单，易于制造，生产成本较低，适合大规模批量化模具生产。

附图说明

图1是本发明的整体结构图。

图2是本发明在温差发电模块上的安装图。

图3是本发明拆除上盖板的俯视图。

图4是本发明拆除左侧板和右侧板的正视图。

图5是本发明的进流口右视图或出流口左视图。

图中：1、热交换模块底板，2、上盖板，3、左侧板，4、右侧板，5、微凸台阵列，6、进流口，7、出流口，8、温差发电模块。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明做进行进一步说明。

如图1～图5所示，本发明包括热交换模块底板1，上盖板2，左侧板3，右侧板4，微凸台阵列5，进流口6和出流口7；微凸台阵列5安装在热交换模块底板1的上端面，微凸台阵列5上端与上盖板2的下端面接触，左侧板3和右侧板4分别安装在温差发电器热交换模块底板1的左侧和右侧，进流口6和出流口7分别安装在温差发电器热交换模块的前端和后端；热流体从进流口6进入温差发电器热交换模块，流经微凸台阵列5进行对流换热后，从出流口7流出；整个温差发电器热交换模块安装在温差发电模块8的上部，作为温差发电器的热端。

微凸台阵列5的阵列结构为错排阵列，每行微凸台均匀分布，行与行之间均匀交错排列。

微凸台阵列5中，微凸台横截面形状为菱形或圆形。微凸台阵列5采用微成形或3D打印成形。

底板1和微凸台阵列5采用热传导性能较好的材料，如铜合金；上盖板2、左侧板3、右侧板4、进流口6和出流口7采用热传导性能较差的材料，如304不锈钢。

本发明的具体实施过程如下：

如图3所示，微凸台阵列5位于温差发电器热交换模块底板1之上，与温差发电器热交换模块底板1一体，微凸台阵列5有12行，第1，3，5，7，9，11奇数行每行有11个菱形微凸台，第2、4，6，8，10，12偶数行每行有10个菱形微凸台，奇数行的菱形微凸台与偶数行的菱形微凸台交错排列，微凸台阵列5共有6×11+6×10=126个菱形微凸台，同一行的菱形微凸台两两间距保持一致，相邻奇数行与偶数行的行间距也保持一致；左侧板3固定于温差发电器热交换模块底板1上端面左侧，右侧板4固定于温差发电器热交换模块底板1上端面右侧，微凸台阵列5与左侧板3和右侧板4之间留有间隙。

如图1，图2和图4所示，进流口6和出流口7位于温差发电器热交换模块的前端和后端，上盖板2位于温差发电器热交换模块上部，上盖板2的下端面与微凸台阵列5的上端面接触，一定压降的热流体经进流口6流入热交换模块，流经微凸台阵列5进行换热，再由出流口7流出热交换模块；整个温差发电器热交换模块安装在温差发电模块8的上端面，作为温差发电器的热端，与温差发电器的冷端形成温度差，进行发电。

如图5所示，进流口6和出流口7为锥形流道结构，进流口6沿流体流入方向截面积增大，出流口7沿流体流出方向截面积减小。

Claims

1.一种微凸台阵列型温差发电器热交换模块，其特征在于：包括热交换模块底板（1），上盖板（2），左侧板（3），右侧板（4），微凸台阵列（5），进流口（6）和出流口（7）；微凸台阵列（5）安装在热交换模块底板（1）的上端面，微凸台阵列（5）上端与上盖板（2）的下端面接触，左侧板（3）和右侧板（4）分别安装在温差发电器热交换模块底板（1）的左侧和右侧，进流口（6）和出流口（7）分别安装在温差发电器热交换模块的前端和后端；热流体从进流口（6）进入温差发电器热交换模块，流经微凸台阵列（5）进行对流换热后，从出流口（7）流出；整个温差发电器热交换模块安装在温差发电模块（8）的上部，作为温差发电器的热端。

2.根据权利要求1所述的一种微凸台阵列型温差发电器热交换模块，其特征在于：所述的微凸台阵列（5）的阵列结构为错排阵列，每行微凸台均匀分布，行与行之间均匀交错排列。

3.根据权利要求1所述的一种微凸台阵列型温差发电器热交换模块，其特征在于：所述的微凸台阵列（5）中，微凸台横截面形状为菱形或圆形。