CN109860383A - 废热回收发电的热电模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种废热回收发电的热电模块，装置于锅炉排烟道的热电模块装置口，包括：装置部，具有装置板以及模块框架，装置板开设有容置口；第一热电转换部，包含热管部，热管部由具有蒸发端及冷凝端的多个热管组成；热面铝板，各热管的冷凝端共同镶铸于热面铝板内部；一对冷面铝板，分别覆盖于热面铝板的顶面与底面；多个热电芯片，各热电芯片的热端贴合于热面铝板，各热电芯片的冷端贴合于冷面铝板，用以利用热面铝板及冷面铝板间的温度差产生电流；第一热电转换部以蒸发端穿入装置板的容置口内与排烟道内的高温废热气接触；据此，本发明可利用工业锅炉排放废热气的高温结合热电材料，回收废热重新产生新的能源，且在装置和替换上都很便利。

Description

废热回收发电的热电模块
技术领域
本发明是关于一种热电模块，特别是关于一种应用于废热回收发电的热电模块。
背景技术
近年来由于在技术上热电材料性能的不断提升，及环保议题上温室效应／二氧化碳减量等因素，因此利用热电转换技术，进一步将大量废热回收转为电能的方式，普遍得到日、美、欧等先进国家的重视。废热再利用增加了热电发电的竞争力，一些新兴应用研究诸如垃圾焚烧余热、炼钢厂的余热、利用汽车以及发动机尾气的余热进行热电发电，为汽车提供辅助电源的研究也正在进行。
就热电发电器需用的热源来看，目前国内可利用的余热能种类有工业热能（如工业高／低阶温差排放热能、废弃物热能、热交换器热能）、交通工具排放热能（如燃油车热能）、环境热（如太阳热能／温泉地热）、其他热能（如热水温差热能、住宅器具热能、其他行业热能）等。
在工厂余热利用上，其他种类的发电技术效率虽较高，但由于也需在较高温环境下操作，在低于150℃的工作环境即无法利用，而热电发电却可利用中低温热能，因此温差发电成为重要选择。
发明内容
本发明所要解决的主要问题，是在于利用工业锅炉排出的废热气高温的特性，结合热电材料在温差下会产生电流的使用，让高温废热气的高温可回收应用生成能源，达到能源回收再生的效果。
为达成上述的目的，本发明公开了一种废热回收发电的热电模块，适用于一锅炉，该锅炉连通有一排放高温废热气的排烟道，该排烟道的侧壁设置有一连通该排烟道内部空间与其外界空间的热电模块装置口，该废热回收发电的热电模块装置于该热电模块装置口，其结构包括：一装置部，具有一装置板以及一模块框架，该装置板开设有一容置口，该模块框架的深度可容置于该排烟道的内部空间；以及一第一热电转换部，包含：热管部，该热管部由平行排列的多个热管组成，该热管具有一蒸发端及一冷凝端；一热面铝板，该些热管的冷凝端共同镶铸于该热面铝板内部，并与该热面铝板紧密接触；一对冷面铝板，分别覆盖于该热面铝板的顶面与底面；以及多个热电芯片，各个热电芯片的热端贴合于该热面铝板，各个热电芯片的冷端贴合于该冷面铝板，用以利用该热面铝板及该冷面铝板间的温度差产生电流；其中，该第一热电转换部以该蒸发端穿入该装置板的该容置口内，并与该排烟道内的高温废热气接触。
在一实施例中，该冷面铝板内部设置有一水冷管道，该水冷管道是以管材镶铸于该冷面铝板中。
在上述的实施例中，该水冷管道具有四进四出的进、出水口，该进、出水口的口径均大于该水冷管道的管径。
在一实施例中，还包括一鼓风机，设置于该锅炉远离该排烟道的一侧，用以将该锅炉燃烧产生的高温废热气吹入该排烟道中排放。
在一实施例中，该废热回收发电的热电模块还包括一蓄电部，与该些热电芯片电性连接，并蓄存该些热电芯片产生的电流。
在一实施例中，该热电模块装置口与该装置板设置有相对应的螺接锁固结构。
在一实施例中，该废热回收发电的热电模块还包括有第二热电转换部，该第二热电转换部的结构与第一热电转换部相同，其中，该第二热电转换部的多个热管是交错对应设置于该第一热电转换部的该些热管的间隙位置。
在一实施例中，该第一热电转换部的该些热管与水平面具有一倾斜角，其中，该冷凝端较高于该蒸发端。
在一实施例中，该些热电芯片贴合于该热面铝板上对应于各个热管的冷凝端的位置。
在一实施例中，该些热管采用鳍片式热管。
经由本发明所述的废热回收发电的热电模块具有以下功效：1.可有效利用工业锅炉排放废热气的高温，结合热电材料的特性，通过高温废热气的高温与室温或冷却温度的温差产生电流，即回收废热重新产生新的能源并加以运用；2.做成像卡匣抽取式的装置模块结构在装置和替换的使用上都很便利。
附图说明
图1为本发明所述的废热回收发电的热电模块应用于锅炉设备的装置位置示意图；
图2A为本发明一实施例的废热回收发电的热电模块装置示意图；
图2B为本发明一实施例的热电转换部结构示意图；
图2C为本发明中的热管作用示意图；
图2D为本发明热电界面的设置位置与应用发电示意图；
图2E为本发明的水冷管道及其进、出水口一实施例的结构示意图；
图2F为本发明的水冷管道及其进、出水口另一实施例的结构示意图；
图3A为本发明另一实施例的废热回收发电的热电模块的前视示意图；
图3B为本发明另一实施例的废热回收发电的热电模块的上视示意图。
附图中的符号说明：
1 热电模块；1A 热电模块；11 装置部；111 装置板；112 模块框架；113 容置口；12 第一热电转换部；12A 第二热电转换部；121 热管；121A 热管；1211 蒸发端；1212 冷凝端；122 热面铝板；122A 顶面；122B 底面；13 热电芯片；14 冷面铝板；141 水冷管道；142A 进水口；142B 出水口；15 蓄电部；16 隔板；2 锅炉；3 排烟道；31 热电模块装置口；4 鼓风机；A 高温废热气；D 管径；D1 口径；D2 管径；d 深度；M 液态热媒；M’ 气态热媒；S1 第一螺孔部；S2 第二螺孔部；α 倾斜角。
具体实施方式
本发明所采用的热电芯片是由热电材料制成，热电材料通入电流之后会产生冷热两端，因此可以用来冷却也可以用来保温。而如果同时在两端接触不同温度时，热电材料则会在内部回路形成电流，温差越大产生的电流越强，即热电材料可用以接收外界热源来产生电力。
目前依据能源信息网的数据信息表示，每年工业大户排放余热量约3.9百万公秉油当量，超过800亿元价值，其中250℃以下余热约占75%，因限于技术及国内低价能源而未能回收利用，殊为可惜。
本发明所要解决的主要问题，是在于利用工业锅炉排出的废热气高温的特性，结合热电芯片在温差下会产生电流的使用，让高温废热气的高温可回收应用生成能源，达到能源回收再生的效果。
为解决上述问题，本发明提供了一种废热回收发电的热电模块1（以下简称热电模块1），如图1所示，本发明所述的热电模块1适用于一锅炉2，该锅炉2连通有一排放高温废热气A的排烟道3，该排烟道3具有一管径D并于管壁上设置有一热电模块装置口31，该热电模块1即装置于该热电模块装置口31内。
在图1的实施例中，还包括一鼓风机4，设置于该锅炉2远离该排烟道3的一侧，用以将该锅炉2燃烧产生的高温废热气A吹入该排烟道3中排放。
续请参阅图2A至图2F所示，本发明所述的热电模块1结构包括：一装置部11，具有一装置板111以及一模块框架112，该装置板111开设有一容置口113，该模块框架112的深度d可容置于该排烟道3的该管径D内(如图1所示)；以及一第一热电转换部12，包含由多个平行排列的热管121组成的热管部，该热管121具有一蒸发端1211及一冷凝端1212，该些热管121的冷凝端1212如图2C所示，共同镶铸于一热面铝板122内部，并与该热面铝板122紧密接触，该热面铝板122的顶面122A与底面122B分别覆盖有一冷面铝板14，该第一热电转换部12如图2A所示，以该蒸发端1211穿入该装置板111的该容置口113内，并如图1所示，以其蒸发端1211与该排烟道3内的高温废热气A接触；其中，该热面铝板122与该冷面铝板14之间对应于该些热管121的冷凝端1212的位置如图2A、图2B及图2D所示，设置有多个热电芯片13，该些热电芯片13利用与该热面铝板122贴合的热端及与该冷面铝板14贴合的冷端间的温度差产生电流。
在图2A的实施例中，该热电模块1还包括一蓄电部15，与该些热电芯片13电性连接，并蓄存该些热电芯片13产生的电流。
在图2A实施例中，该热电模块装置口31与该装置板111设置有相对应的螺接锁固结构，如设置于装置板111上的第一螺孔部S1以及设置于热电模块装置口31周围的第二螺孔部S2。
在图2A的实施例中，该热电模块1还包括有第二热电转换部12A，该第二热电转换部12A的结构与第一热电转换部12相同，其中，该第二热电转换部12A的多个热管121A是对应设置于该第一热电转换部12的该些热管121的位置。
在图2A的实施例中，该第一热电转换部12还包括有一隔板16，该隔板16可穿设该些热管121，并且与该装置板111的容置口113平行且相抵接。
在图2C的实施例中，该第一热电转换部12的该些热管121与水平面具有一倾斜角α，其中，该冷凝端1212较高于该蒸发端1211。
在本发明的实施例中，该些冷面铝板14留在该排烟道3外部，且具有一散热手段，如空冷。而在另一实施例中；该些冷面铝板14还包含有主动散热手段，例如在其内部埋设水冷管道141，如图2B与图2D所示，并以泵浦循环水冷管道141内的水液，其中该水冷管道141是以管材镶铸于该冷面铝板14中。
在一实施例中，如图2E或图2F所示，该冷面铝板14内部的水冷管道141具有四进四出的进、出水口(如进水口142A及出水口142B)，该些进水口142A及出水口142B的口径D1均大于该水冷管道141的管径D2。
在不同的实施例中，水冷管道141可依照需求提供不同的管道设计，如图2D至图2F所示，并且在一实施例中，进水口142A及出水口142B的口径D1为该水冷管道141的管径D2的两倍。
续请参阅图2C所示，图2C为本发明的热电模块的热管121作用示意图，热管121的蒸发端1211与冷凝端1212皆是封闭的，并且热管121内部是抽为真空状态。热管121内部装置有热媒(如纯水)，热媒会在热管121内进行相变循环。由于本发明中所述热管121与水平面如图2B所示具有一倾斜角α，并且该冷凝端1212高于该蒸发端1211，是以根据地心引力的作用，该热管121内部的热媒会由冷凝端1212往蒸发端1211流动，而当液态热媒M由冷凝端1212往蒸发端1211流动时，由于蒸发端1211如图1所示直接与排烟道3内的高温废热气A接触，因此液态热媒M会相变为气态热媒M’，并且依据流体会由高压流向低压物理特性，气态热媒M’会由蒸发端1211往冷凝端1212流动，并在气态热媒M’散热后冷凝再度相变成为液态热媒M，进而形成热管121内的相变循环，并达到通过此循环将热管蒸发端1211的热能传递到冷凝端1212的效果。
续请参阅图3A及图3B所示，图3A及图3B为本发明另一实施例的废热回收发电的热电模块1A（以下称热电模块1A）的前视示意图与上视示意图。
在此一实施例中，该热电模块1A还包括有第二热电转换部12A，该第二热电转换部12A的结构与第一热电转换部12相同，其中，该第二热电转换部12A的多个热管121A是交错对应设置于该第一热电转换部12的该些热管121的间隙位置。第一热电转换部12与第二热电转换部12A皆是如图2A所示，以其蒸发端1211穿入装置部11的容置口113中，并以其装置部11上的第一螺孔部S1与排烟道3上的第二螺孔部S2相对螺接锁固。
该些热电转换部利用其穿入排烟道3中的蒸发端1211与高温废热气直接接触，再利用第一热电转换部12与第二热电转换部12A的该些热管交错对应设置排列的特征，可增加该些热管121、121A与高温废热气接触的面积，进而达到更佳的废热回收发电的效果。
相应于未能回收利用的占量75%的250℃以下余热，可有效将该些占量75%的余热转变为新生能源(电流)进而输出蓄存或使用。
综上所述，本发明所公开的废热回收发电的热电模块具有以下功效：1.可有效利用工业锅炉排放废热气的高温，结合热电材料的特性，通过高温废热气的高温与室温或冷却温度的温差产生电流，即回收废热重新产生新的能源并加以运用；2.做成像卡匣抽取式的装置模块结构在装置和替换的使用上都很便利。
上述本发明所采用的技术手段的实施方式或实施例，并非用来限定本发明专利实施的范围。即凡与本发明专利申请范围文义相符，或依本发明专利范围所做的均等变化与修饰，皆为本发明专利范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种废热回收发电的热电模块，适用于一锅炉，所述锅炉连通有一排放高温废热气的排烟道，所述排烟道的侧壁设置有一连通所述排烟道内部空间与其外界空间的热电模块装置口，所述废热回收发电的热电模块装置于所述热电模块装置口，其特征在于，包括：
一装置部，具有一装置板以及一模块框架，所述装置板开设有一容置口，所述模块框架的深度能够容置于所述排烟道的内部空间；以及
一第一热电转换部，包含：热管部，所述热管部由平行排列的多个热管组成，所述热管具有一蒸发端及一冷凝端；
一热面铝板，所述多个热管的冷凝端共同镶铸于所述热面铝板内部，并与所述热面铝板接触；
一对冷面铝板，分别覆盖于所述热面铝板的顶面与底面；以及
多个热电芯片，各个热电芯片的热端贴合于所述热面铝板，各个热电芯片的冷端贴合于所述冷面铝板，用以利用所述热面铝板及所述冷面铝板间的温度差产生电流；
其中，所述第一热电转换部以所述蒸发端穿入所述装置板的所述容置口内，并与所述排烟道内的高温废热气接触。
2.如权利要求1所述的废热回收发电的热电模块，其特征在于，其中，所述冷面铝板内部设置有一水冷管道，所述水冷管道是以管材镶铸于所述冷面铝板中。
3.如权利要求2所述的废热回收发电的热电模块，其特征在于，其中，所述水冷管道具有四进四出的进、出水口，所述进、出水口的口径均大于所述水冷管道的管径。
4.如权利要求1所述的废热回收发电的热电模块，其特征在于，还包括一鼓风机，设置于所述锅炉远离所述排烟道的一侧，用以将所述锅炉燃烧产生的高温废热气吹入所述排烟道中排放。
5.如权利要求1所述的废热回收发电的热电模块，其特征在于，其中，所述废热回收发电的热电模块还包括一蓄电部，与所述多个热电芯片电性连接，并蓄存所述多个热电芯片产生的电流。
6.如权利要求1所述的废热回收发电的热电模块，其特征在于，其中，所述热电模块装置口与所述装置板设置有相对应的螺接锁固结构。
7.如权利要求1所述的废热回收发电的热电模块，其特征在于，其中，所述废热回收发电的热电模块还包括有第二热电转换部，所述第二热电转换部的结构与第一热电转换部相同，其中，所述第二热电转换部的多个热管是交错对应设置于所述第一热电转换部的所述多个热管的间隙位置。
8.如权利要求1所述的废热回收发电的热电模块，其特征在于，其中，所述第一热电转换部的所述多个热管与水平面具有一倾斜角，其中，所述冷凝端高于所述蒸发端。
9.如权利要求1所述的废热回收发电的热电模块，其特征在于，其中，所述多个热电芯片贴合于所述热面铝板上对应于各个热管的冷凝端的位置。
10.如权利要求1所述的废热回收发电的热电模块，其特征在于，其中，所述热管采用鳍片式热管。
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