CN106299100A - 热电模块及利用该热电模块的燃气供暖装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种热电模块及利用该热电模块的燃气供暖装置。本发明的将燃气作为吸热媒介的热电模块(100)包括：燃料燃气供应管(10)；吸热块(92)，为在内部形成贴紧收容上述燃料燃气供应管的长度方向的槽(22、24)的一对实心体(26、28)或在内部形成供燃料燃气通过的通道(90)的中空体；至少一个热电元件(36)，具备低温侧第一面(32)和高温侧第二面(43)，且低温侧第一面(32)与上述吸热块的外周面(29)接触；及蓄热金属(40)，与上述高温瓷第二面(34)接触并吸收通过上述燃料燃气供应管供应的燃料燃烧时产生的燃烧热，而且，将上述所吸收的热通过上述高温侧第二面(34)传递给上述热电元件。

Description

热电模块及利用该热电模块的燃气供暖装置

技术领域

本发明涉及利用LNG或LPG燃烧时产生的辐射热加热周边的燃气供暖装置，尤其涉及在将其燃气燃烧热的一部分利用热电元件(塞贝克元件)转换为电能时，将低温的燃料燃气用作热电元件的低温侧的热交换媒介(吸热媒介)，从而可简单有效地提高换热效率(发电效率)的供暖装置。在本发明中，由热电元件产生的电能可用于点亮设置于燃气供暖装置周边的装饰用、照明用或安全用LED等。

背景技术

塞贝克效应(Seebeck Effect)是指即使导电体中没有从外部施加的电流流过，也可通过上述导电体内能量(热)的流动产生电压差(电动势)的原理，即热能转换为电能的热电效应。连接不同导体金属的两端形成闭路并在上述导电体的两端形成温差，则温差将成为产生电动势。另外，与此不同，焊接不同的两种导体金属的两侧末端形成闭路并向上述电路施加电流时，两个结合部端部的温度变得不同的珀尔贴效应也是与塞贝克效应一样的具有代表性的热电效应。塞贝克效应和珀尔贴效应都是热能和电能相互之间的转换现象，塞贝克效应的典型的工业用途有通过检测导体之间的电动势大小推算上述导体两端的温差的热电偶(热电传感器)，而后者的工业用途有利用车辆电池的车辆用冷暖空调装置、车辆椅或车辆用小型冰箱等。

本发明涉及在在冬季在室内或室外通过燃烧LNG或LPG等液化天然气或液化石油气，用其燃烧热直接加热周围的燃气供暖装置中，通过利用热电元件(塞贝克元件)主动吸收燃烧热的一部分并将其温度转换为低温的过程，通过塞贝克效应产生电能并用上述电能点亮设置于燃气供暖装置周边的装饰用、照明用或安全用LED的装置，而在本发明中所使用的热电元件是公知的塞贝克元件。

现有的通过塞贝克效应将燃烧热或其废热转换为电能相关的发明有如图9所示的韩国注册专利第10-0712960号的具备发电功能的加热器。上述技术的目的在于利用炉子和加热器运行时消耗掉的废热进行发电而再生利用，提高燃烧能的效率，在炉子或加热器等的上部设置吸收热量达到蓄热目的的蓄热板，在蓄热板和用于散热的散热板之间设置发电用热电元件，以将炉子等的废热的一部分转换为电能，而其余的热通过散热板进行散热，从而在保留供暖功能的同时，具备发电功能。具体而言，上述技术为利用热电元件10的具备发电功能的加热器，其在加热器的上面或侧面设置蓄热板20并以热电元件10、散热块30-1、散热板30、冷却扇40的顺序设置，以使热电元件10感应两端间的温差产生直流电，并通过直流电源控制装置50将上述直流电供应为稳定的电压的电能。

上述韩国注册专利第10-0712960号的具备发电功能的加热器是在炉子或加热器等供暖装置中利用废热，但因废热也是燃烧热的一部分，因此，在利用通过燃烧热产生电能的塞贝克效应的方面与本发明属于相同的技术范围。

但是，可通过将要详细说明的内容可知，本发明不是单纯提高燃烧时的热效率(燃烧效率)的技术，而是主动直接吸收非燃烧废热的燃烧初期的燃烧热并将其转换为电能的技术，在热能转换为电能方面，尤其无需使用散热块或散热板及冷却扇等一般像外部突出设置的散热(换热)促进部件，即可有效地获得大电动势的温差极大化技术。因此，本发明在是对塞贝克元件的效率性换热结构方面存在不同，尤其在将低温的燃料燃气本身用作对塞贝克元件的低温侧吸热媒介，从而可省略现有技术的散热板或设置于其外部的冷却扇方面，与上述韩国注册专利第10-0712960号不同。

另外，在现有技术的供暖装置中，与将燃烧热转换为电能相关的另一发明有如图10所示的日本公开专利第2001-296036号的供暖装置。上述技术目的在于，在通过撒热装置(例如散热器)循环通过过燃烧热换热的热媒介(例如水)进行供暖的供暖装置中，减少对热媒(水)的循环泵启动用电池的不必要的消耗，快速提高起始热媒(水)的温度。上述技术在利用通过燃气和空气的氧化反应产生热量的燃烧加热装置9加热热媒2并使其在形成于散热装置17的热媒通道19内进行循环的供暖装置中，根据热电转换部12的产生电压将控制装置7的电源分为热电转换部12和电池13的同时，在从装置开始启动的一定时间内只通过电池13的电源驱动控制装置7。

另外，如图11所示，日本公开专利第2001-90962号的供暖装置也与此类似，在将热电元件的电动势用作电动泵的驱动电源的现有技术的供暖装置中，为解决因燃烧器的输出的变化和外部温度的变化或在发热部中的负载变化等无法稳定运行的现有技术的供暖装置的问题，具备产生燃烧热的发热部23、对发热部23产生的热量进行散热的散热部24、用于循环在发热部和散热部两者之间循环的热媒的循环泵16，并通过速度控制装置22向上述循环泵的马达17供应热电元件19产生的热电动势，从而不受热电元件19产生的热电动势的大小的影响，可维持马达一定的旋转速度，确保供暖装置的稳定运行。

上述两件日本公开专利技术都公开在使热媒(水)循环于散热部的供暖装置中，作为用于循环热媒的马达的驱动电源使用燃烧热的一部分通过热电动势转换所获得的电能的技术，但这些技术只是有效稳定地确保用于使热媒(例如水)循环于散热部的马达的驱动电源的电力的技术，从而与无需具备用于热媒的循环的电动泵等装置，直接使用燃气燃烧时的辐射热直接对供暖装置周围进行加热的本发明，在供暖装置的基本条件乃至结构方面存在不同，尤其是在主动积极吸收燃料燃烧初期的燃烧热并将其转换为电能的发电效率方面，即为有效获得大电动势而利用燃料燃气的低热源作为特征的本发明在侧重点方面完全不同。

利用塞贝克效应的热电元件的电动势，当施加于上述热电元件两端的温差越大，其电动势也越大，因此，各作用于或施加于热电元件两端的两个热源(高热源、低热源)间的温差越大，则越有利于电动势的生成。本发明未采用为降低低温侧的温度而在现有技术中通常为向常温的空气中散热而使用的散热片或冷却扇等向外突出结构，而通过使比常温很低的温度的低温的饶辽燃气本身直接吸收燃烧热的极其简单有效的内部换热结构获得塞贝克元件的高的电动势。

另外，如燃气供暖装置那样作为热源使用燃气的供暖装置中，考虑到使用上的安全，现金的韩国法规限制不能将外部的电力接入燃气供暖装置使用。因上述原因，在燃气供暖装置中，在需要少量电力的特定情况下，如像本发明或上述现有技术那样利用热电效应自我产生电力是最好的方法。

本发明是直接向周围照射燃气燃烧热加热周围的方式的燃气燃烧辐射供暖装置，因此，直接暴露于辐射热的供暖装置的部分框架等容易过热，若因不小心围在供暖装置周围取暖的人的手、脸、手臂等触碰过热的框架，则将瞬间造成烫伤。另外，在夜间无照明的地方，尤其在室外使用本发明的燃气供暖装置之后，关掉燃气不再进行燃烧时，因连燃气燃烧火焰带来的光亮都没有，因此，当供暖装置周围突然变暗时，框架的过热温度进一步存在造成上述烫伤的危险。

另外，在构成使燃气燃烧热直接辐射至周围加热周围环境的方式的燃气燃烧辐射供暖装置时，为在避免燃气的燃烧火焰直接接触到人的同时，使辐射热均匀分散并提高供暖装置的设计效果，构成在其下部采用在围绕燃烧喷嘴周围的状态下，沿上部沿纵向垂直延长的一定直径和高度的钢化玻璃管(燃烧管)的燃气供暖装置时，在上述钢化玻璃管本身及/或为垂直设置上述钢化玻璃管而在钢化玻璃管周围沿纵向长度方向延长的多个支撑框架上，为避免发生上述烫伤，在一定的位置，例如在支撑框架上沿纵向长度方向附加提醒不要过于靠近乃至提示注意安全的设计目的的低电力LED灯时，若能开发能够有效驱动上述用途的LED等的热电元件，则用途将非常广泛。

先行技术文献

【专利文献】

(专利文献1)KR10-0712960B

(专利文献2)JP2001-296036A

(专利文献3)JP2001-90962A

发明内容

本发明的目的在于提供一种紧凑高效的热电模块，其在利用燃烧LNG或LPG燃烧时所产生的辐射热直接加热周围燃气供暖装置中，在使热电元件通过塞贝克效应将上述燃气燃烧热的一部分转换为电能时，完全无需使用像现有技术中那样的大体积、大重量的散热片或散热块或冷却扇，而将上述燃气供暖装置的燃料燃气本身作用为对热电元件的低温侧吸热媒介使用。

本发明的另一目的在于提供一种供暖装置，其在利用燃烧LNG或LPG燃烧时所产生的辐射热直接加热周围燃气供暖装置中，为防止人们的身体因触碰上述燃气供暖装置的过热的外部框架等造成的烫伤，使用作为视觉警告兼装饰照明的LED等，而且，上述LED灯的驱动电力为使用上述热电模块获得的电能。

为达到本发明的上述目的，根据本发明的一特征，将燃气作为吸热媒介的热电模块，包括：

燃料燃气供应管；

吸热块，为在内部形成贴紧收容上述燃料燃气供应管的长度方向的槽的一对实心体或在内部形成供燃料燃气通过的通道的中空体；

至少一个热电元件，具备低温侧第一面和高温侧第二面，且低温侧第一面与上述吸热块的外周面接触；及

蓄热金属，与上述高温瓷第二面接触并吸收通过上述燃料燃气供应管供应的燃料燃烧时产生的燃烧热，而且，将上述所吸收的热通过上述高温侧第二面传递给上述热电元件；

将传递至上述热电元件的燃烧热通过上述热电元件的低温侧第一面与上述吸热块内的低温的燃料燃气进行热交换，从而形成低温侧第一面和高温侧第二面之间的温差获得上述热电元件的电动势。

为达到本发明的上述目的，根据本发明的另一特征，

所述的将燃气作为吸热媒介的热电模块，其特征在于：当上述吸热块为在内部形成供燃料燃气通过的通道的中空体时，在上述通道还包括内用于增加与通过上述通道的燃料燃气的接触面积的表面扩展结构。

为达到本发明的上述目的，根据本发明的另一特征，

将燃气燃烧热的一部分转换为LED灯驱动电源的燃气供暖装置，包括：燃气供应管；

至少一个点火喷嘴；

燃料燃气供应管，连接上述燃气供应管和点火喷嘴之间；

所述的热电模块；及

至少一个LED灯，通过上述热电模块所产生的电能驱动。

为达到本发明的上述目的，根据本发明的另一特征，

所述的将燃气燃烧热的一部分转换为LED灯驱动电源的燃气供暖装置，其特征在于，还包括：

钢化玻璃燃烧管，下端围绕上述点火喷嘴的周围且主体向上述点火喷嘴的上部垂直延长；

多个燃烧管支撑框架，设置于上述燃烧管周围以使上述强化玻璃垂直延长；

而上述LED灯设置于上述燃烧管支撑框架上。

为达到本发明的上述目的，根据本发明的另一特征，

所述的将燃气燃烧热的一部分转换为LED灯驱动电源的燃气供暖装置，其特征在于：上述热电模块设置于比上述点火喷嘴低的位置。

为达到本发明的上述目的，根据本发明的另一特征，

所述的将燃气燃烧热的一部分转换为LED灯驱动电源的燃气供暖装置，其特征在于：

上述点火喷嘴为多个，上述点火喷嘴中的一部分为通过上述热电模块获得电动势的蓄热金属加热用点火喷嘴，而上述点火喷嘴中的其余一部分用于供暖燃烧的供暖点火喷嘴，上述蓄热金属加热用点火喷嘴和供暖点火喷嘴的操作把手各自单独具备以各自独立操作。

本发明在利用燃烧LNG或LPG燃烧时所产生的辐射热直接加热周围燃气供暖装置中，在使热电元件通过塞贝克效应将上述燃气燃烧热的一部分转换为电能时，完全无需使用像现有技术中那样的向外突出的大体积、大重量的散热片或散热块或冷却扇，而将上述燃气供暖装置的低温的燃料燃气本身作用为对热电元件的低温侧换热(吸热)媒介，从而整体上使供暖装置变得更为紧凑有效。因此，可在现有技术的燃气供暖装置附着用于将上述燃气燃烧热的一部分转换为电能的热电元件时，可做到装置整体的紧凑性，可大幅提高燃气供暖装置的设计自由度，而通过点火喷嘴供应的燃料可以加温的状态供应，从而提高燃烧效率。

本发明在利用燃烧LNG或LPG燃烧时所产生的辐射热直接加热周围燃气供暖装置中，为防止人们的身体因触碰上述燃气供暖装置的过热的外部框架等造成的烫伤，使用作为视觉警告兼装饰照明的LED，但其驱动电源不使用外部电源，而使用将燃气供暖装置的燃气燃烧热转换为电能的本发明固有的热电模块，从而提高上述LED灯的驱动效率，提高夜间使用供暖装置的安全性和设计价值。

其余的本发明的优点和效果将通过如下结合附图实施本发明的具体内容变得更加明了。

附图说明

图1为本发明的热电模块的第一实施例斜视图；

图2为本发明的热电模块的第一实施例分解斜视图；

图3为说明在本发明的电热模块的第一实施例中，用于将蓄热金属贴紧热电元件的高温侧第二面固定的结合板对蓄热金属的结合状态的分解斜视图；

图4为本发明的热电模块的第一实施例紧凑第内置于点火箱内的状态斜视图；

图5为本发明的热电模块的第一实施例紧凑第内置于点火箱内的状态平面图；

图6为本发明的热电模块的第二实施例斜视图；

图7为图6所示的本发明的热电模块的第二实施例的Ⅶ-Ⅶ方向截面图；

图8为使用图1至图5所示的热电模块和LED灯的本发明的燃气供暖装置正面图；

图9为韩国注册专利第10-0712960号公开的具备发电功能的加热器的截面图；

图10为日本公开专利第2001-296036号公开的供暖装置截面图；

图11为日本公开专利第2001-90962号公开的供暖装置截面图。

附图标记：

10：燃料燃气供应管

36：热电元件 40：蓄热金属

55：点火喷嘴 70：点火箱

75：钢化玻璃燃烧管 80：LED灯

100：热电模块

具体实施方式

图1为本发明的热电模块100的第一实施例斜视图、图2为本发明的热电模块的第一实施例分解斜视图、图3为说明在本发明的电热模块的第一实施例中，用于将蓄热金属40贴紧热电元件36的高温侧第二面34固定的结合板60对蓄热金属40的结合状态的分解斜视图。

如图所示，本发明的热电模块100，包括：燃料燃气供应管10；一对实心体吸热块26、28，在内部形成贴紧收容上述燃料燃气供应管10的长度方向的槽22、24；至少一个热电元件36，具备低温侧第一面32和高温侧第二面34且低温侧第一面32与上述吸热块的外周面29接触；及蓄热金属40，与上述高温侧第二面34接触并吸收通过上述燃料燃气供应管10供应的燃料燃烧时产生的燃烧热，而且，将上述所吸收的热通过上述高温侧第二面34-低温侧第一面32-吸热块的外周面29-燃料燃气供应管10-燃料燃气供应管10内的燃料燃气。

如图2及图3所示，上述蓄热金属40整体上为截面呈┐字形的金属板材， 由用于与上述热电元件的高温侧第二面34接触的垂直的底座部42和被从点火喷嘴55(请参考图4、图5)喷出的燃烧火焰直接加热的加热部44，而且，由热传导性好的金属，例如铜构成。但是，蓄热金属40的上述形状为非限制，虽然未图示，只要是与热电元件36的高温侧第二面34接触，能够将被点火喷嘴55喷出的燃烧火焰加热的热量以传导热方式传递给热电元件的形状和结构，即使采用其它结构和形状也属于本发明的范围之内。

上述一对吸热块26、28之所以采用内部被填满的实心结构，是因为在上述吸热块通过热电元件36的低温侧第一面32将所获得的热通过传导传递给燃料燃气供应管10时，可提高热传导效率，而形成于一对吸热块26、28的各内部的长度方向的槽22、24采用完全贴合燃料燃气供应管10的外部的形状，而这也将通过增加接触面积提高通过传导的热传导效率。因为上述原因，在燃料燃气供应管10的外周面和形成于与上述外周面接触的吸热块26、28的各内部的长度方向的槽22、24之间，为提高上述两者相互间的粘接力或减少上述两者相互间的非接触面积，在将一定凝胶状的粘接填充材料涂布(填充)于上述接触面上的状态下通过螺栓50结合，从而实现本发明的热电模块100。

在图1及图2中，燃料燃气供应管10的一端12连接于燃气供应管(例如LNG高压气体储罐；图8的附图标记150)，而另一端14连接于点火阀门管(图5的附图标记18)。

图4为本发明的热电模块100的第一实施例紧凑第内置于点火箱70内的状态斜视图，而图5为本发明的热电模块100的第一实施例紧凑第内置于点火箱内的状态平面图。

如图所示，在本发明的热电模块100上不具备与现有技术那样的用于促进对常温的外部空气的散热的散热片或冷却扇等外部突出结构，而只具备至内置燃料燃气供应管10的形状和结构的扁平的吸热块26、28即可，因此，其体积和面积小，从而实现设置于热电模块100的电火箱70的结构简单紧凑。

另外，如图所示，在本发明中，上述热电模块100设置于比点火喷嘴55低的位置，从而在防止热电模块100不受来自的点火喷嘴的直接的热辐射的同时，有利于只通过蓄热金属40获得传导热。

图6为本发明的热电模块的第二实施例斜视图，而图7为图6所示的本发明的热电模块的第二实施例的Ⅶ-Ⅶ方向纵向裁切的截面图。

如图所示，在第二实施例中，与具备在内部收容燃料燃气供应管10并相对结合的一对实心体吸热块26、28的第一实施例不同，采用形成有供燃料燃气通过的通道90的中空体的吸热块92，而在上述吸热块92的两端开口93气密连接燃气供应管10，从而使吸热块92本身成为供燃料燃气通过的导管的一部分。在本实施例中，只在通道90的内部还设置各种形状的表面扩展结构95，从而可以紧凑的结构进一步提高换热效率，减少吸热块92的厚度和重量，而且，容易确保燃料燃气供应管10和连接部93的气密性，较之第一实施例减少部件数量，因此，制造及组装更容易。若上述吸热块92也由热传导率高的金属(例如铜)成型，则更能发挥将低温的燃料燃气用作热电元件36的低温侧吸热媒介的本发明的特征和优点。

图8为使用图1至图5所示的热电模块100和LED灯80的本发明的燃气供暖装置正面图。

如图所示，本发明的燃气供暖装置为将燃气燃烧热的一部分转换为LED灯的驱动电源的燃气供暖装置，包括：燃气供应管150；至少一个点火喷嘴55(请参考图5)；燃料燃气供应管10，连接上述燃气供应管和点火喷嘴之间；根据权利要求1所述的热电模块100；及至少一个LED灯80，通过上述热电模块所产生的电能驱动。

在本实施例中，还包括：钢化玻璃燃烧管75，下端围绕上述点火喷嘴55的周围且主体向上述点火喷嘴的上部垂直延长；多个燃烧管支撑框架77，设置于上述燃烧管周围(例如四个角)以使上述强化玻璃垂直延长；而上述LED灯80在上述燃烧管支撑框架77上沿长度方向按一定间隔设置多个。

上述LED等80利用上述图1至图7所示的热点模块100所产生的电力驱动。本发明在利用LNG或LPG等液化天然气或液化石油气燃料燃烧时产生的辐射热加热周边的燃气供暖装置中，实现在将其燃气燃烧热的一部分利用热电元件(塞贝克元件)36转换为电能时，将低温的燃料燃气用作热电元件36的低温侧的热交换媒介(吸热媒介)，从而可简单有效地提高换热效率(发电效率)的供暖装置。

在上述实施例中，只说明了使用单一电火箱70的情况，但也可使用多个点火箱或可划分区域的电火箱，具体而言，点火喷嘴中的一部分为通过上述热电模块100获得电动势的蓄热金属加热用点火喷嘴，而上述点火喷嘴中的其余一部分用于供暖燃烧的供暖点火喷嘴，上述蓄热金属加热用点火喷嘴和供暖点火喷嘴的操作把手(knob)及/或其燃料燃气供应管线各自单独具备，从而将其划分为不同的点火箱或可相互区分的区域以各自独立操作。这在需分离操作供暖和LED照明时，例如是在夜间使用本发明的燃气供暖装置时，或在早春或晚秋等需根据周边气温频繁开关供暖装置或需经常减少供暖火焰时，需仍然点亮LED照明的情况。

上述实施例仅用以说明本发明而非限制，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明进行修改、变形或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种将燃气作为吸热媒介的热电模块(100)，包括：

燃料燃气供应管(10)；

吸热块(92)，为在内部形成贴紧收容上述燃料燃气供应管的长度方向的槽(22、24)的一对实心体(26、28)或在内部形成供燃料燃气通过的通道(90)的中空体；

至少一个热电元件(36)，具备低温侧第一面(32)和高温侧第二面(43)，且低温侧第一面(32)与上述吸热块的外周面(29)接触；及

蓄热金属(40)，与上述高温瓷第二面(34)接触并吸收通过上述燃料燃气供应管供应的燃料燃烧时产生的燃烧热，而且，将上述所吸收的热通过上述高温侧第二面(34)传递给上述热电元件；

将传递至上述热电元件(36)的燃烧热通过上述热电元件的低温侧第一面(32)与上述吸热块(26、28)或(92)内的低温的燃料燃气进行热交换，从而形成低温侧第一面(32)和高温侧第二面(34)之间的温差获得上述热电元件(36)的电动势。

2.根据权利要求1所述的将燃气作为吸热媒介的热电模块(100)，其特征在于：当上述吸热块(92)为在内部形成供燃料燃气通过的通道(90)的中空体时，在上述通道还包括内用于增加与通过上述通道的燃料燃气的接触面积的表面扩展结构(95)。

3.一种将燃气燃烧热的一部分转换为LED灯驱动电源的燃气供暖装置，包括：

燃气供应管(150)；

至少一个点火喷嘴(55)；

燃料燃气供应管(10)，连接上述燃气供应管和点火喷嘴之间；

根据权利要求1所述的热电模块(100)；及

至少一个LED灯(80)，通过上述热电模块所产生的电能驱动。

4.根据权利要求3所述的将燃气燃烧热的一部分转换为LED灯驱动电源的燃气供暖装置，其特征在于，还包括：

钢化玻璃燃烧管(75)，下端围绕上述点火喷嘴的周围且主体向上述点火喷嘴的上部垂直延长；

多个燃烧管支撑框架(77)，设置于上述燃烧管周围以使上述强化玻璃垂直延长；

而上述LED灯(80)设置于上述燃烧管支撑框架(77)上。

5.根据权利要求4所述的将燃气燃烧热的一部分转换为LED灯驱动电源的燃气供暖装置，其特征在于：上述热电模块(100)设置于比上述点火喷嘴(55)低的位置。

6.根据权利要求3所述的将燃气燃烧热的一部分转换为LED灯驱动电源的燃气供暖装置，其特征在于：上述点火喷嘴为多个，上述点火喷嘴中的一部分为通过上述热电模块获得电动势的蓄热金属加热用点火喷嘴，而上述点火喷嘴中的其余一部分用于供暖燃烧的供暖点火喷嘴，上述蓄热金属加热用点火喷嘴和供暖点火喷嘴的操作把手各自单独具备以各自独立操作。