CN104333264A - 一种基于蓄热器的新型发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于蓄热器的新型发电装置，将蓄热器与温差发电技术相结合。包括换热管进水口，换热管出水口，导热管，集热板，导热绝缘体，半导体温差发电模块，散热片，散热板，稳压器，变压器；导热片和集热板位于蓄热器内部，散热片和散热板位于换热管内，半导体温差发电模块位于集热板和散热板之间并嵌在换热管壁内；正极，负极，稳压器通过导线形成回路，再经由变压器输出。该新型发电装置位于蓄热器内部的换热管进水口端，利用刚通过换热管流入蓄热器内的冷水对半导体温差发电模块的冷端进行持续稳定的冷却，为发电模块有效工作创造条件。

Description

一种基于蓄热器的新型发电装置

技术领域

本发明属于余热利用及新能源技术领域，具体涉及一种基于蓄热器的新型发电装置。

背景技术

温差发电的基础是塞贝克效应，利用热电材料的塞贝克效应，通过材料中的载流子运动进行发电。其中半导体材料应用最为广泛，将P型材料FIN型材料的一端相连形成一个PN结，并使之处于高温状态，另一端形成低温，则由于热激发作用，P(N)型材料高温端载流子浓度高于低温端，形成浓度差，载流子就开始向低温端扩散，从而在低温开路端形成电势差，这样就完成了热电转换。

把两种半导体的接合端置于高温，处于低温环境的另一端就可以得到电动势E：

E＝αΔT＝α(T2-T1)

其中，α为塞贝克系数，其单位为V/K或u V/K，塞贝克系数是由材料本身的电子能带结构决定的，T2为高温端温度，T1为低温端温度。温差ΔT越大电动势越高。

发电效率提高的主要因素在两个方面：热电材料的性能和冷端散热量。热电材料的性能：温差发电系统的整个核心就在于热电材料的选用。拥有优良性能的热电材料可以大大提高发电效率。冷端散热量：根据塞贝克效应原理，冷热端温差越大，发电效率越高。鉴于热端是回收的工业废热，温度一般都不变，因此问题的关键在于降低冷端温度，即如何更好地使冷端散热是我们需要考虑的。目前主要散热方式有液冷、风冷和相变冷却。液冷比风冷的效果好，是因为液体的比热比气体的大得多，也就是说同样单位的液体比气体能带走更多的热量。对流换热系数与流速有关，流速越大，对流换热系数越大。冷却与被冷却两种液体通过换热器进行换热，普遍采用壳管式换热器，散热效果良好。

这项技术自从1821年塞贝克效应被发现以来，国外就对温差发电相关问题进行了大量研究并取得一系列重大成果。但是在我国这方面研究起步比较晚，主要集中在理论和热电材料的制备等方面的研究。早期的温差发电技术主要应用于航空航天，军事等方面，以上领域对成本要求不高，再高的成本也能接受。而随着高性能的热电材料出现，大大降低了温差发电系统的成本，进而可以应用在工业和民用方面。虽然成本降低了，但是技术相对并不成熟，大范围的推广与使用还未实现，只有少部分企业和科研院所能够使用这项技术。早在1984年日本东京发电公司就设计制造出了利用工业余热工作的温差发电机组。在我国研究的过程中，王佐民进行效率分析得出结论，温差发电技术用于火力发电能够使火力发电厂总的效率得到提高。但研究至今在我国工业生产中应用温差发电技术的还是少数。温差发电技术在低品位能源利用方面具有不可比拟的优势，例如：无噪声，无污染，结构简单，寿命长等诸多优点，必将使其在节能环保等领域占有一席之地。

本发明巧妙地将蓄热器和温差发电装置结合在一起，利用蓄热器内的高温与外界构成的相对稳定温度差，直接将蓄热器的热能转变为电能，使蓄热器储存的余热有效环保地得到了利用。

发明内容

解决的技术问题

本发明公开了一种基于蓄热器的新型发电装置，旨在解决低品位工业余热的回收利用问题。

技术方案

一种基于蓄热器的新型发电装置，包括换热管进水口，换热管出水口，导热管，集热板，导热绝缘体，半导体温差发电模块，散热片，散热板，稳压器，变压器；导热管连接在集热板上，集热板位于蓄热器内部，散热片连接在散热板上，散热板位于换热管内，半导体温差发电模块位于集热板和散热板之间并嵌在换热管壁内；正极，负极，稳压器通过导线形成回路，稳压器与变压器相连，变压器与用户相连。

所述蓄热器种类不固定，可以是球式，也可以是罐式；可以是蒸汽蓄热器，也可以是相变蓄热器。

所述新型发电装置位于蓄热器内部的换热管进水口端，紧邻蓄热器内壁，利用刚通过换热管刚流入蓄热器内的冷水对半导体温差发电模块的冷端进行持续，稳定的散热，冷端的热量又被水吸收，节能，环保。

附图说明

图1为蓄热器主体图；

图2为图1中A处的局部放大图；

1.导热管  2.集热板  3.换热管壁  4.导热绝缘体  5.导电体  6.半导体温差发电模块  7.散热片  8.散热板  9.导线  10.稳压器  11.变压器  12.用户  13.正极  14.负极  15.换热管出水口  16.蓄热器  17.换热管进水口  A.蓄热器内贴近蓄热器内壁的换热管壁

有益效果

1.本发明通过新型发电装置将蓄热器储存余热的热能直接转变为电能，减少了不必要的能量损失，使余热能进一步的利用范围更加广泛，利用效率更高。

2.该新型发电装置位于蓄热器内部的换热管进水口端，紧邻蓄热器内壁，导热管和集热板位于蓄热器内部，散热片和散热板位于换热管内，半导体温差发电模块位于集热板和散热板之间并嵌在换热管壁内，由于蓄热器内部温度相对稳定，刚通过换热管进入蓄热器的冷水温度也相对稳定，可以保证半导体温差发电模块的冷热两端有稳定的温度差，提高了温差发电的效率和稳定性。

3.将散热板和散热片置于换热管内的冷水进口端，一方面不需要另外配备散热器，另一方面，又将散出的热量有效回收，节能效率大大提高。

具体实施方式

下面结合附图对该装置做进一步详细说明。一种基于蓄热器的新型发电装置，包括换热管进水口17，换热管出水口15，导热管1，集热板2，导热绝缘体4，半导体温差发电模块6，散热片7，散热板8，稳压器10，变压器11；导热管连接在集热板上，集热板位于蓄热器内部，散热片连接在散热板上，散热板位于换热管内，半导体温差发电模块位于集热板和散热板之间并嵌在换热管壁内；正极，负极，稳压器通过导线形成回路，稳压器与变压器相连，变压器与用户相连。

所述蓄热器种类不固定，可以是球式，也可以是罐式；可以是蒸汽蓄热器，也可以是相变蓄热器，具体类型可应根据实际情况进行选择。

所述新型发电装置位于蓄热器内部的换热管进水口，紧邻蓄热器内壁，利用刚经换热管刚流入蓄热器内的冷水对半导体温差发电模块的冷端进行持续稳定的散热，冷端的热量又被水吸收，节能，巧妙。

蓄热器内充热后，通过导热管将蓄热器内部的热量持续地传递给集热板，集热板通过导热绝缘体对半导体温差发电模块的热端进行加热；同时位于换热管内的散热片和散热板在刚流入蓄热器内还未经加热的冷水作用下，对半导体温差发电模块的冷端进行有效散热，这种冷却散热方式，一方面不需要另外配备散热器，另一方面，又将散出的热量有效回收，节能效率大大提高。由于蓄热器内部温度相对稳定，刚通过换热管进入蓄热器的冷水温度也相对稳定，可以保证半导体温差发电模块的冷热两端有稳定的温度差，提高了温差发电的效率和稳定性。产生的电力，经过稳压器和变压器的处理，最终输送给用户。

该蓄热器，还可以通过换热管向外界提供热水，也可以根据需要直接向外界提供蒸汽，这两方面均已有相关专利部署，在此不再赘述。

本发明通过新型发电装置将储存在蓄热器内部的低品位工业余热直接转化为电能，扩大了余热可利用的范围。半导体温差发电器件无需化学反应且无机械移动部分，因而具有无噪音、无污染、无磨损、重量轻、使用寿命长等种种优点，十分适合本应用。

Claims (2)

1.一种基于蓄热器的新型发电装置，包括换热管进水口，换热管出水口，导热管，集热板，导热绝缘体，半导体温差发电模块，散热片，散热板，稳压器，变压器；其特征在于导热管连接在集热板上，集热板位于蓄热器内部，散热片连接在散热板上，散热板位于换热管内，半导体温差发电模块位于集热板和散热板之间并嵌在换热管壁内；正极，负极，稳压器通过导线形成回路，稳压器与变压器相连，变压器与用户相连。

2.如权利要求书1所述的一种基于蓄热器的新型发电装置，其特征在于所述新型发电装置位于蓄热器内部的换热管进水口端，紧邻蓄热器内壁。