CN106899257A - 一种级联式热光伏和温差热电组合发电的热电联产系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种级联式热光伏和温差热电组合发电的热电联产系统，包括预混合室、燃烧室、热辐射器、热交换器；预混合室的上端设置有燃烧室，燃烧室的左侧、右侧均设置有热辐射器；热辐射器的外侧均设置有滤波器；滤波器的外侧均设置有热光伏电池组件，热光伏电池组件的外端均与冷却水套相焊接；燃烧室的上方设置有温差热电转换器；温差热电转换器的上方设置有热交换器。本发明具有热电联产的功能，不仅可以实现自身供电，而且可以提供室内供暖或生活用热水，具有很强的实用性；此外，本发明的热电转化效率高，能最大程度的利用燃烧所产生的热能，可以有效节约能源；本发明还具有结构简单、生产及维护成本较低的优点，具有广泛的适用性。
Description
技术领域
本发明涉及一种热电联产系统，尤其涉及一种级联式热光伏和温差热电组合发电的热电联产系统，属于热电技术领域。
背景技术
现代燃气供热系统都需要使用电气设备(泵、鼓风机、控制装置等)来提高其性能和效率，因此，燃气供热系统在启动和运行的过程中均依赖于电力供应。但现有燃气供热系统在应用时的电力供应大多来自于外部电源，若外部电源中断，则供热系统无法工作。而且在很多偏远地区缺少能够提供足够工作功率的外部电源，导致供热设备无法启动。
为了克服供热系统的这种缺陷，人们目前已逐渐开发出适合家用的微型热电联产设备，比如内燃机、斯特林发动机、燃料电池等，但这些设备普遍存在成本高、噪音大或排量大的缺陷，而燃料电池的研究开发仍处于初级阶段，仍然具有很多技术问题有待解决，因此，急需开发一种新型的可广泛适用的家用热电联产系统。
发明内容
为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种级联式热光伏和温差热电组合发电的热电联产系统。
为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种级联式热光伏和温差热电组合发电的热电联产系统，包括预混合室、燃烧室、热辐射器、热交换器；预混合室的输入端分别通过管道与燃料控制电磁阀、风机相连接；燃料控制电磁阀、风机的输入端分别与燃料进口、空气进口相连接；气体燃料与空气分别在燃料控制电磁阀、风机转速的控制作用下按照1.05～1.2的过剩空气系数输送至预混合室中并在预混合室中混合均匀；
预混合室的上端设置有燃烧室，燃烧室的左侧、右侧均设置有热辐射器；混合气体进入燃烧室后燃烧产生的高温烟气横向分二路向外流动，进入左右对称的多孔状热辐射器中，将热辐射器加热到预定温度，热辐射器在高温下将燃烧产生的热能转换成红外辐射能；
热辐射器的外侧均设置有滤波器；滤波器的外侧均设置有热光伏电池组件，热光伏电池组件的外端均与冷却水套相焊接；热辐射器产生的红外辐射能经过滤波器的滤除作用之后，能被转化的有用红外辐射能被热光伏电池组件吸收并转换为电能，产生的电能用于系统自身供电或作为储备电源使用；冷却水套用于降低热光伏电池组件的设备温度，防止设备因过热而损坏；
高温烟气在流经热辐射器之后仍然具有较高的温度，因此在燃烧室的上方设置温差热电转换器，用于实现热量的第二次转化；由于温差热电转换器的发电过程需要维持温度差，在温差热电转换器的外侧冷端同样焊制上冷却水套；
温差热电转换器的上方设置有热交换器，用于将最后剩余的热量回收起来进行充分利用；高温烟气从温差热电转换器中穿出后再继续向上流动进入热交换器中，与流经热交换器的水进行热量交换并产生生活用热水，实现热量的最大利用。
温差热电转换器的内表面上设置有圆形或矩形通道；为了强化高温烟气与温差热电转换器之间的传热效率，在圆形或矩形通道上安装多个传热鳍片。
相邻的热辐射器与滤波器之间的距离为10～15mm。
相邻的滤波器与热光伏电池组件之间的距离为3～8mm。
本发明具有热电联产的功能，不仅可以实现自身供电，而且可以提供室内供暖或生活用热水，具有很强的实用性；此外，本发明的热电转化效率高，能最大程度的利用燃烧所产生的热能，可以有效节约能源；本发明还具有结构简单、生产及维护成本较低的优点，具有广泛的适用性。
附图说明
图1为发电机构的整体结构示意图。
图2为热回收机构的整体结构示意图。
图中：1、燃料进口；2、空气进口；3、风机；4、燃烧室；5、滤波器；6、温差热电转换器；7、烟气出口；8、传热鳍片；9、热光伏电池组件；10、冷却水套；11、热辐射器；12、预混合室；13、燃料控制电磁阀；14、热交换器；15、热水出口；16、回水进口。
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。
如图1、图2所示，本发明由发电机构和热回收机构组成，燃烧产生的高温烟气首先进入发电机构中将热能转换为电能，再进入热回收机构机构中将剩余的热量传递给生活供水，从而实现热电联产。
其中，发电机构包括预混合室12、燃烧室4、热辐射器11、热交换器14；预混合室12的输入端分别通过管道与燃料控制电磁阀13、风机3相连接；燃料控制电磁阀13、风机3的输入端分别与燃料进口1、空气进口2相连接；气体燃料与空气分别在燃料控制电磁阀13、风机转速的控制作用下按照一定的过剩空气系数输送至预混合室12中并在预混合室12中混合均匀，生成有利于燃烧的均匀混合物；最佳过剩空气系数为1.05～1.2。
预混合室12的上端设置有燃烧室4，燃烧室4由耐火材料制做成，其内部设置有电子打火器；燃烧室4的左侧、右侧均设置有热辐射器11；混合气体进入燃烧室4后燃烧产生的高温烟气横向分二路向外流动，进入左右对称的热辐射器11中，将热辐射器11加热到预定温度，热辐射器11在高温下将燃烧产生的热能转换成红外辐射能；热辐射器11可以由多孔的陶瓷或金属合金制作而成。
热辐射器11的外侧均设置有滤波器5；滤波器5采用石英玻璃或陶瓷耐热玻璃制作成，其表面镀有ZnS和MgF2的混合镀层或者TiO2和SiO2的混合镀层，因而只允许波长小于2.5μm的近红外辐射穿过，但反射波长大于2.5μm的红外辐射(这部分无法被热光伏电池组件转化为电能)。滤波器5的外侧均设置有热光伏电池组件9，热光伏电池组件9的外端均与冷却水套10相焊接。
热辐射器11产生的红外辐射能经过滤波器5的滤除作用之后，能被转化的有用红外辐射能被热光伏电池组件9吸收并转换为电能，产生的电能用于系统自身供电或作为储备电源使用；滤波器同时还可以起到隔离火焰直接与热光伏电池组件9相接触的作用，从而保护热光伏电池组件9的表面。冷却水套10用于降低热光伏电池组件9的设备温度，防止设备因过热而损坏。冷却水套10由循环流体水(从回水进口16流入后再从热水出口15流出的水)将废热带走，从而保证热光伏电池组件9的温度维持在允许的温度范围之内。
相邻的热辐射器11与滤波器5之间的距离为10～15mm。热辐射器11与滤波器5的长度、高度均相同。相邻的滤波器5与热光伏电池组件9之间的距离为3～8mm。热光伏电池组件9的长度、高度可以等于或略小于滤波器5的长度、高度。热辐射器11、滤波器5和热光伏电池组件9相互平行，以获得最大的辐射角系数。
高温烟气在流经热辐射器11之后仍然具有较高的温度，因此在燃烧室4的上方设置温差热电转换器6，用于实现热量的第二次转化，提高热量的整体利用率；由于温差热电转换器6的发电过程需要维持温度差，在温差热电转换器6的外侧冷端同样焊制上冷却水套10；温差热电转换器6的内表面上设置有圆形或矩形通道；为了强化高温烟气与温差热电转换器6之间的传热效率，在圆形或矩形通道上安装多个传热鳍片8。
热回收机构主要由热交换器14构成，热交换器14设置于温差热电转换器6的上方，用于将最后剩余的热量回收起来进行充分利用；高温烟气从温差热电转换器6中穿出后再继续向上流动进入热交换器14中，与流经热交换器14的水进行热量交换并产生生活用热水，实现热量的最大利用。
本发明跟传统技术相比，具有以下优势：
(1)既能生产电能，又能利用燃烧热满足室内供暖或生活用热水，真正意义上实现了热电联产，具有很强的实用性；
(2)发电机构分为二重热电转化装置(热光伏电池组件和温差热电转换器)，不仅明显提高了装置的输出功率，电能转化能力强，而且最大程度的保证了燃烧能的利用效率，达到节省能源的目的；
(3)本系统采用固态装置，无任何机械移动部件即可完成发电过程，尤其适合作为住宅区的电力发电设备。
上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种级联式热光伏和温差热电组合发电的热电联产系统，其特征在于：它包括预混合室(12)、燃烧室(4)、热辐射器(11)、热交换器(14)；所述预混合室(12)的输入端分别通过管道与燃料控制电磁阀(13)、风机(3)相连接；燃料控制电磁阀(13)、风机(3)的输入端分别与燃料进口(1)、空气进口(2)相连接；气体燃料与空气分别在燃料控制电磁阀(13)、风机转速的控制作用下按照1.05～1.2的过剩空气系数输送至预混合室(12)中并在预混合室(12)中混合均匀；
所述预混合室(12)的上端设置有燃烧室(4)，燃烧室(4)的左侧、右侧均设置有热辐射器(11)；混合气体进入燃烧室(4)后燃烧产生的高温烟气横向分二路向外流动，进入左右对称的多孔状热辐射器(11)中，将热辐射器(11)加热到预定温度，热辐射器(11)在高温下将燃烧产生的热能转换成红外辐射能；
所述热辐射器(11)的外侧均设置有滤波器(5)；滤波器(5)的外侧均设置有热光伏电池组件(9)，热光伏电池组件(9)的外端均与冷却水套(10)相焊接；热辐射器(11)产生的红外辐射能经过滤波器(5)的滤除作用之后，能被转化的有用红外辐射能被热光伏电池组件(9)吸收并转换为电能，产生的电能用于系统自身供电或作为储备电源使用；冷却水套(10)用于降低热光伏电池组件(9)的设备温度，防止设备因过热而损坏；
高温烟气在流经热辐射器(11)之后仍然具有较高的温度，因此在燃烧室(4)的上方设置温差热电转换器(6)，用于实现热量的第二次转化；由于温差热电转换器(6)的发电过程需要维持温度差，在温差热电转换器(6)的外侧冷端同样焊制上冷却水套(10)；
所述温差热电转换器(6)的上方设置有热交换器(14)，用于将最后剩余的热量回收起来进行充分利用；高温烟气从温差热电转换器(6)中穿出后再继续向上流动进入热交换器(14)中，与流经热交换器(14)的水进行热量交换并产生生活用热水，实现热量的最大利用。
2.根据权利要求1所述的级联式热光伏和温差热电组合发电的热电联产系统，其特征在于：所述温差热电转换器(6)的内表面上设置有圆形或矩形通道；为了强化高温烟气与温差热电转换器(6)之间的传热效率，在圆形或矩形通道上安装多个传热鳍片(8)。
3.根据权利要求1所述的级联式热光伏和温差热电组合发电的热电联产系统，其特征在于：相邻的热辐射器(11)与滤波器(5)之间的距离为10～15mm。
4.根据权利要求1所述的级联式热光伏和温差热电组合发电的热电联产系统，其特征在于：相邻的滤波器(5)与热光伏电池组件(9)之间的距离为3～8mm。
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