CN110071662A - 一种利用泡沫金属回收余热的温差发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于设计工业超低温余热领域，并公开了一种利用泡沫金属回收余热的温差发电装置。该装置包括风道、泡沫金属、热电片堆和冷却机构，其中，风道与废气管道连接，泡沫金属填充在风道中，用于吸收从废气管道进入风道中废气的热量，热电片堆包覆在风道外，冷却机构设置在热电片堆的外侧，泡沫金属吸收风道中废气的热量后，通过风道将热量传递给热电片堆的一侧，冷却机构在热电片堆的外侧降低该热电片另外一侧的温度，以此在热电片堆上形成温度差，该热电片堆将该温度差转化为电压输出，从而实现发电。通过本发明，有效回收数据中心、楼宇空调、SVG室等超低温废气余热，实现将热能转化为电能，变废为宝，安全可靠。

Description

一种利用泡沫金属回收余热的温差发电装置

技术领域

本发明涉及数据中心、楼宇空调、SVG室等工业超低温余热领域，更具体地，涉及一种利用泡沫金属回收余热的温差发电装置。

背景技术

随着我国经济的快速发展，我国年能源消费总量不断增加，如今我国已经成为世界第一大能源消费国。其中，工业能耗占我国能源消费总量超过70％，且至少有50％的工业能耗转化为载体不同、温度不同的工业余热。然而我国工业余热回收利用率偏低，仅有30％的余热可以回收加以利用。其余的则以废热的形式排放到大气或水体中去。

温度是衡量工业余热品质的重要参数，温度的高低对余热回收利用方式也起着决定性的作用，工业余热根据温度可以分为三类：高温余热(温度大于500℃)、中温余热(温度为200到500℃)和低温余热(温度小于200℃)。其中，工业余热中的低温余热由于回收温差小，换热设备庞大，技术复杂，经济效益不明显，投资回收期长等缺陷，导致企业对低温工业余热不予重视。但是低温工业余热量总量较大，约占工业余热量总量的15％～23％。当下，主要基于低温有机朗肯循环和Kalina循环回收90℃到200℃的低温余热，尽管诸多科研机构对该系统进行了一定理论或小型实验研究，但在实际应用中尚数空白，而对于回收室温到100℃的超低温余热，该系统也难以取得有效成果。

泡沫金属是一种在金属基体中形成无数三维空间网状结构的多孔金属材料，多孔特性使得其与空气有极大的接触面积，因此常用作热交换器，正因其巨大的表面积，其相对于传统的集热设备也具有巨大的优势。温差发电作为一种新型的发电技术，当热电模块两端具有一定温差时，基于塞贝克效应会输出电压。温差发电具有无噪音，无维护成本，工作寿命长，没有运动部件，可将热能直接转化为电能等优点。因此，将泡沫金属和温差发电技术相结合，回收数据中心、楼宇空调、SVG室等工业超低温余热将其转化为电能具有独特的优势和良好的前景，能够填补超低温工业余热这部分的空白。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种利用泡沫金属回收余热的温差发电装置，通过对该装置的整体布局和关键组件的设计，尤其是通过在热电片堆的一侧设置泡沫金属用于吸热，另一侧设置冷却机构用于降温，使得热电片堆的两侧形成温差，将温差转化为电压后输出，实现发电，以此实现将温差转化为电能，实现数据中心、楼宇空调、SVG室等不含颗粒的工业超低温废气能量的再利用。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种利用泡沫金属回收余热的温差发电装置，该装置包括风道、泡沫金属、热电片堆和冷却机构，其中，

所述风道与废气管道连接，所述泡沫金属填充在所述风道中，用于吸收从所述废气管道进入所述风道中超低温废气的热量，所述热电片堆包覆在所述风道外，所述冷却机构设置在所述热电片堆的外侧，所述泡沫金属吸收所述风道中超低温废气的热量后，通过所述风道将热量传递给所述热电片堆的内侧，所述冷却机构在所述热电片堆的外侧降低其温度，以此在所述热电片堆的内外两侧形成温度差，该热电片堆将所述温度差转化为电压输出实现发电。

进一步优选地，所述泡沫金属优选为泡沫金属铜、泡沫金属铝、泡沫金属镍或泡沫金属铁。

进一步优选地，所述热电片堆包括多个通过串联或并联方式排列的热电片，通过改变所述热电片的排列方式，改变输出电压、输出电流和输出功率的大小。

进一步优选地，所述风道与热电片堆，以及所述热电片堆与所述冷却机构之间均设置有导热硅脂，用于导热。

进一步优选地，所述泡沫金属通过真空钎焊的方式与所述风道连接，保证所述泡沫金属与所述风道充分稳定地连接。

进一步优选地，所述冷却机构优选采用水冷的方式，方便快捷。

进一步优选地，所述废气管道中废气的温度为室温到100℃。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、本发明通过将泡沫金属、热电片堆和冷却单元巧妙地组合，利用泡沫金属和冷却单元在热电片堆的两侧形成温差，再将温差转化为电能，实现了数据中心、楼宇空调、SVG室等工业废气管道中不含颗粒的超低温废气热能的利用，且本发明提供的装置结构简单，成本低廉，其变废为宝的过程具有极高的经济价值；

2、本发明利用泡沫金属回收工业超低温余热，较之传统回收低温工业余热的方法，泡沫金属极大地增加了与工业废气接触的表面积，能够充分回收工业低温余热的热量，提高了回收工业低温余热的效率，提高了能源利用率；

3、本发明通过采用多个通过串联或并联方式排列的热电片形成电热堆，其中通过改变电热片之间的连接方式改变电热堆的输出电压、电流和功率，简单便捷，灵活多变；

4、本发明提供的风道的尺寸形状不限，可根据不同场合进行设计，灵活性大，利用泡沫金属回收超低温余热的温差发电装置结构紧凑，可直接与废气管道组装操作；

5、本发明同样可用于回收高温、中温、低温工业余热，较之现有余热回收装置，其在回收高温、中温工业余热时，成本略高，导致性价比较低，但在回收低温工业余热，尤其是超低温工业余热时，具有独特的优势；

6、目前市面上几乎没有能够有效回收超低温工业余热的装置，本发明能够有效回收数据中心、楼宇空调、SVG室等不含颗粒的工业超低温废气余热，填补了这部分空白。

附图说明

图1是按照本发明的优选实施例所构建的泡沫金属回收余热的温差发电装置的结构示意图；

图2是按照本发明的优选实施例所构建的利用泡沫金属回收超低温余热的温差发电装置的剖视图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-冷却机构，2-热电片堆，3-风道，4-泡沫金属。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提供一种利用泡沫金属回收余热的温差发电装置，按照本发明的一个实施例，如图1和图2所示，将内部填充泡沫金属4的方形碳钢风道3连接至SVG室排风管道中，方形碳钢风道3内壁与泡沫金属铜4通过真空钎焊相连接，方形碳钢风道3外壁通过导热硅脂与热电片堆2热端相连接，热电片紧密排布在方形碳钢风道3外壁上，组成热电片堆，热电片堆2之间根据外部电路需要通过串联和并联的方式相连接。热电片堆2冷端通过导热硅脂与铜质冷却机构1相连接，本实施例中，冷却机构1采用铜质的，内部通有冷却循环水，泡沫金属4采用泡沫金属铜。

本发明的工作方式如下：

SVG室内热风通过排风管道排放至方形碳钢风道3中，与通道中的泡沫金属4通过热传导和热对流的方式进行热交换，泡沫金属4吸收SVG室内热风中的热量并将其传导到方形碳钢风道3上，部分SVG室内热风直接与方形碳钢风道3发生热交换，热量直接传到方形碳钢风道3上。之后，通过导热硅脂迅速将热量传至热电片堆2热端，在热电片堆2一侧形成高温。热电片堆2另外一侧与铜质冷却机构1相连接，热量被迅速带走，从而在另外一侧形成超低温。由此，热电片堆2两端形成温差，从而产生电流以满足其他电器设备的需求。从而利用泡沫金属铜回收SVG室内热风余热，并通过热电片将其转化为电能，提高了SVG室内余热的热利用率。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种利用泡沫金属回收余热的温差发电装置，其特征在于，该装置包括风道(3)、泡沫金属(4)、热电片堆(2)和冷却机构(1)，其中，

所述风道(3)与废气管道连接，所述泡沫金属(4)填充在所述风道中，用于吸收从所述废气管道进入所述风道中超低温废气的热量，所述热电片堆(2)包覆在所述风道外，所述冷却机构(1)设置在所述热电片堆的外侧，所述泡沫金属吸收所述风道中超低温废气的热量后，通过所述风道将热量传递给所述热电片堆的内侧，所述冷却机构(1)在所述热电片堆(2)的外侧降低其温度，以此在所述热电片堆(2)的内外两侧形成温度差，该热电片堆将所述温度差转化为电压输出实现发电。

2.如权利要求1所述的一种利用泡沫金属回收余热的温差发电装置，其特征在于，所述泡沫金属(4)优选为泡沫金属铜、泡沫金属铝、泡沫金属镍或泡沫金属铁。

3.如权利要求1或2所述的一种利用泡沫金属回收余热的温差发电装置，其特征在于，所述热电片堆(2)包括多个通过串联或并联方式连接的热电片，通过改变所述热电片的连接方式，改变输出电压、输出电流和输出功率的大小。

4.如权利要求1-3任一项所述的一种利用泡沫金属回收余热的温差发电装置，其特征在于，所述风道(3)与热电片堆(2)，以及所述热电片堆与所述冷却机构之间均设置有导热硅脂，用于导热。

5.如权利要求1-4任一项所述的一种利用泡沫金属回收余热的温差发电装置，其特征在于，所述泡沫金属(4)通过真空钎焊的方式与所述风道连接，保证所述泡沫金属与风道充分稳定地连接。

6.如权利要求1-5任一项所述的一种利用泡沫金属回收余热的温差发电装置，其特征在于，所述冷却机构(1)优选采用水冷的方式，方便快捷。

7.如权利要求1-6任一项所述的一种利用泡沫金属回收余热的温差发电装置，其特征在于，所述废气管道中的超低温废气的温度为室温到100℃。