CN111521046A - 一种废热回收发电式热交换器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种废热回收发电式热交换器。包括固定夹紧板、活动夹紧板、两个上横梁、两个下横梁，板束、夹紧装置、立柱，所述上横梁穿过活动夹紧板上部后两端与固定夹紧板和立柱的上部螺栓连接，下横梁穿过活动夹紧板下部后两端与固定夹紧板和立柱的下部螺栓连接，夹紧装置在固定夹紧板与活动夹紧板两侧将固定夹紧板与活动夹紧板夹紧，在固定夹紧板与活动夹紧板之间设有板束，板束包括若干个热交换板片，相邻两个热交换板片之间夹着热电模块，多个热电模块并联后电能输出端与蓄电池连接。本申请可以利用工作废热产生电能。
Description
技术领域
本发明属于工业废热回收再利用领域，具体地说是一种废热回收发电式热交换器。
背景技术
伴随着经济的飞速发展，环境污染和能源短缺的问题变得越来越严重，探索新能源和以环保的方式获取能源，已成为世界各国的热点课题。在利用可再生能源方面，仍然存在许多困难。因此，利用和回收“废热”是提高能源整体利用效率的一种有价值的方法。化工、食品、钢铁，纸浆等加工行业，是大量能源用户，占工业能源使用量的50％以上。工业废热通常直接排放到大气或冷却系统之中，因为大多数行业都无法回收过多的废热。大量低成本的废热的存在，热能转换为电能已成为当代的热电课题。
目前废热回收，在汽车行业得到了应用和快速发展，如汽车尾气回收，汽车行驶过程中，内燃气的燃油过程只有约30％用于动力输出，约有40％的热量，以废热形式排放到大气中。此类换热器，通过表面散热或者空冷散热方式，进行冷源提供。工业废热方面，废热的提取方式比较单一，通常通过各种类型的换热器，回收部分多余的热能，大部分的废热能源还是直接排放到大气中。由于应用环境与汽车的环境有一定的差异，在工业废热回收的环境里可以提供充足的冷源，来提供稳定的温差。所以需要一种将工业废热充分回收利用的热交换器，利用热交换器将工业废热转换为电能，以此增加工业废热能源的提取方式。
发明内容
本发明的目的是要提供一种废热回收发电式热交换器，因相邻两个换热板片之间存在温度差，利用热电模块将热能转换为电能，进而利用工业废热发电，实现了能源再利用。
本发明的技术方案：
废热回收发电式热交换器包括固定夹紧板、活动夹紧板、两个上横梁、两个下横梁，板束、夹紧装置、立柱，所述上横梁穿过活动夹紧板上部后两端与固定夹紧板和立柱的上部螺栓连接，下横梁穿过活动夹紧板下部后两端与固定夹紧板和立柱的下部螺栓连接，夹紧装置在固定夹紧板与活动夹紧板两侧将固定夹紧板与活动夹紧板夹紧，在固定夹紧板与活动夹紧板之间设有板束，板束包括若干个热交换板片，相邻两个热交换板片之间夹着热电模块，多个热电模块并联后通过导线接入蓄电池。
本发明的有益效果：
1、本发明涉及一种废热回收发电式热交换器，通过设置两种不同温度的流体(热和冷)的热交换器，并且将热电模块放置在两个换热板片之间，利用热流通过塞贝克效应将模块两侧之间的温差转换成电势差，从而产生电能。这种热交换器可在内燃机废热、工业废热等工况提取电力。
2、本申请采用特殊形状结构的热交换板片，板片与热电模块的接触面为平面。流体为带压介质时，定距柱可以提供板片结构整体的刚度，保障中间的发电模块不受影响；同时定距柱为流体产生扰流作用，提高换热效率。角孔加强装置，可以为板片提供足够的支撑性能，保证板片施加夹紧力，提供良好的密封性。
3、本申请的活动夹紧板分成上中下三部分，其中上下两张板，为了实现流体的密封性，可以加紧密封，中间的夹紧板，根据中间热电模块的贴合，可以进行局部调节夹紧压力，通过调整适当的接触压力，使得板片与热点模块达到最佳的效果。
4、本申请的夹紧装置，包括螺柱、螺母、固定套等部件，中间热电模块夹紧板装置，带有弹性装置。固定板和上下两个角孔夹紧板，为密封式夹紧，需要高强度的夹紧力，实现板片流体的密封。中间部分的热电模块夹紧装置为弹性夹紧，需要较小的夹紧力，以保障热电模块与热交换板片的贴合度。
5、一种废热回收发电式热交换器，丰富工业废热能源的提取方式，使废热提取方式增多，提高工业废热利用率。
附图说明
图1本申请热交换器整体结构示意图。
图2本申请热交换器另一个角度结构示意图。
图3本申请局部装配结构图。
图4为热电模块结构图。
图5为热交换板片结构示意图。
图6为热交换板片分解结构示意图。
具体实施方式
本发明废热回收发电式热交换器，通过设置两种不同温度的流体(热和冷)的热交换器，并且将热电模块放置在两个热交换板片之间，利用热流通过塞贝克效应将模块两侧之间的温差转换成电势差，从而产生电能。这种热交换器可在内燃机废热、工业废热等工况提取电力。
现在将通过描述并参考附图来更详细地解释本发明。
本申请废热回收发电式热交换器包括固定夹紧板1、活动夹紧板2、两个上横梁3、两个下横梁4，板束5、夹紧装置6、立柱7，所述上横梁3穿过活动夹紧板2上部后两端与固定夹紧板1和立柱7的上部螺栓连接，下横梁4穿过活动夹紧板2下部后两端与固定夹紧板1和立7柱的下部螺栓连接，夹紧装置6在固定夹紧板1与活动夹紧板2两侧将固定夹紧板1与活动夹紧板夹紧，在固定夹紧板1与活动夹紧板2之间设有板束5，板束5包括若干个热交换板片8，相邻两个热交换板片8之间夹着热电模块9，多个热电模块9并联后电能输出端与蓄电池或用电设备进行连接。所述热电模块9两侧及热交换板片两侧均涂有导热膏。
热电模块9将热能转变为电能，并联后通过导线将电能统一输出给蓄电池或接到用电器上。
热电模块9是固态器件，可以在市场上采购，其可以通过塞贝克效应将模块两侧之间的温差转换成电势差，其构造为N型与P型制造而成的半导体。这些半导体通过导线连接。由于没有化学反应，没有噪音与废气的排放，可靠性和维护性良好，该装置同时具有良好的潜在应用和许多优点。
所述板束5包括若干个热交换板片8、密封垫片10。所述热交换板片8包括结构相同的两个板片11和两个角孔加强装置12，所述板片11包括一体结构的板片主体13和板片主体13两端的角孔区14，两个角孔区14呈对角布置，板片11两端的角孔区14的外端开有定位卡口15(即热交换板片上、下端设有定位卡口)。所述定位卡口15呈外窄内宽结构。定位卡口15断面类似三角形，通过定位卡口将热交换板片挂在上横梁和下横梁之间，定位卡口15可确保热交换板片不产生位移。两个板片11在板片主体13和角孔区14的外周焊接连接。板片主体13和角孔区14呈向外凹陷的凹槽结构，热交换板片8外侧壁面为平面。所述角孔区14开有相对于角孔区再向处凹陷的圆槽形角孔16。两个板片采用摸具拉伸，冲裁切割之后进行焊合形成空腔，形成冷热流道，焊接方式可以为钎焊，激光焊，扩散焊等任意方式进行。两个热交换板片的主体外侧是平坦结构，可以保障热交换板片与热电模块之间良好的接触。所述热交换板片通过定位卡口挂在上横梁3和下横梁4之间，相邻的热交换板片8分别挂在不同的上横梁3和下横梁4之间。热交换板片8这种交替的一颠一倒摆放形式，使得热交换板片向外侧凸出的角孔越过相邻的热交换板片后与另一块热交换板片的向外侧凸出的角孔接触，中间用密封垫片密封，这样形成冷或热介质通道。相邻的热交换板片是不同介质通道。这样相邻的热交换板片一个温度高一个温度低，热电模块放置在两个热交换板片之间，通过温度差产生电能。所述角孔加强装置12由上、下两个支撑圈17和两个支撑圈17之间的多个支撑柱18焊接连接组成，角孔加强装置12置于两个板片的圆槽形角孔16之间，两个支撑圈17分别与圆槽形角孔16外周焊接连接。角孔加强装置12，由支撑柱、支撑圈组成，通过焊接的方式将其固定于热交换板片内部，当进行加紧密封的时候，为角孔部分，提供足够的刚度，以保障设备的密封性。在两个热交换板片的角孔之间加装有密封垫片。每个热交换板片之间通过密封垫片进行密封，密封垫片可以根据具体工况，选择对应温度的材质。
本申请将热交换板片通过一颠一倒堆叠，形成冷热介质流道，相邻热交换板片形成平坦的空腔，将热电模块布置于两个相邻的热交换板片之间，冷热介质产生温差，作用于热电模块，热电模块与热交换板片之间，涂抹适量的导热膏，导热膏可保障良好的传热。
固定夹紧板1上开四个介质进出口19，包括两个介质进口和两个介质出口，介质进口和介质出口均与热交换板片的角孔相对应，介质进口和介质出口与对外的连接管口可以为法兰栽丝连接、接管焊接等任意形式。挂于同一个上横梁和下横梁之间的热交换板片的圆槽形角孔之间通过密封垫片密封，继而形成冷或热介质通道，冷或热介质从固定夹紧板的介质进口进入，通过角孔加强装置的支撑柱之间的空隙进行热交换板片，再从对角线布置的另一个角孔的角孔加强装置的支撑柱之间的空隙流出，继而从固定夹紧板的介质出口流出本申请所述热交换器。这样即形成对角流形式。
所述热交换板片8的其中一个或两个板片的板片11主体内侧壁上焊接有多个定位柱19，所述定位柱19的高度与两个板片主体之间的距离相同。板片内部设有用于支撑和扰流的定位柱，定位柱为空腔部分提供足够的刚度，定位柱可以采用电阻焊实现，同时定位柱可以起到扰流的作用，以获得更好的传热。
所述活动夹紧板2由上部的角孔夹紧板20、中间的热电模块夹紧板21和下部的角孔夹紧板20组成，所述夹紧装置6由上下两个角孔夹紧装置和中间的热电模块夹紧装置构成，所述角孔夹紧装置包括螺柱22、螺母23、固定套24，在固定夹紧板和角孔夹紧板两侧开有弧形槽25，固定套24放置于弧形槽25内，螺柱22穿过固定夹紧板1和角孔夹紧板20弧形槽内的固定套，螺柱两端用螺母23锁紧，所述热电模块夹紧装置包括固定套24、螺母23、螺柱22、弹性垫圈26，在热电模块夹紧板两侧开有弧形槽25，固定套放置于弧形槽内，螺柱穿过固定夹紧板和角孔夹紧板弧形槽内的固定套，螺柱处于固定夹紧板端用螺母锁紧，螺柱处于热电模块夹紧板端上套有弹性垫圈，在弹性垫圈外侧用螺母将螺柱锁紧。因本申请热交换器的上下部和中部的夹紧力要求不同，故将活动夹紧板设计成上中下三部分，夹紧结构也是分三部分，之间可以分别调整角孔夹紧装置和热电模块夹紧装置的夹紧力。其中弹性垫圈为任意具有弹性结构装置。通过弹性垫圈调节夹紧力，调节适当的夹紧力施加于热电模块,以实现柔性装配，调节至适宜的压力。
本发明用于废热发电系统的换热器，废热介质进入一组角孔，冷却介质进入另一组角孔，废热高温介质和冷却介质形成电势差。从而产生电能。热电材料可以采用碲化铋材料制造的半导体。热电模块数量决定了系统的发电量，每个热电模块可以通过串联或者并联的方式，通过导线的连接，形成电路系统。
Claims (6)
1.一种废热回收发电式热交换器，其特征在于：包括固定夹紧板、活动夹紧板、两个上横梁、两个下横梁，板束、夹紧装置、立柱，所述上横梁穿过活动夹紧板上部后两端与固定夹紧板和立柱的上部螺栓连接，下横梁穿过活动夹紧板下部后两端与固定夹紧板和立柱的下部螺栓连接，夹紧装置在固定夹紧板与活动夹紧板两侧将固定夹紧板与活动夹紧板夹紧，在固定夹紧板与活动夹紧板之间设有板束，板束包括若干个热交换板片，相邻两个热交换板片之间夹着热电模块，多个热电模块并联后通过导线接入蓄电池。
2.根据权利要求书1所述的一种废热回收发电式热交换器，其特征在于：所述板束包括若干个热交换板片、密封垫片，所述热交换板片包括结构相同的两个板片和两个角孔加强装置，所述板片包括一体结构的板片主体和板片主体两端的角孔区，两个角孔区呈对角布置，板片两端的角孔区的外端开有定位卡口，两个板片在板片主体和角孔区的外周焊接连接，板片主体和角孔区呈向外凹陷的凹槽结构，板片的外侧壁面为平面结构，所述角孔区开有相对于角孔区向处凹陷的圆槽形角孔，所述热交换板片通过定位卡口挂在上横梁和下横梁之间，相邻的热交换板片分别挂在不同的上横梁和下横梁之间，所述角孔加强装置由上、下两个支撑圈和两个支撑圈之间的多个支撑柱焊接连接组成，角孔加强装置置于两个板片的圆槽形角孔之间，两个支撑圈分别与圆槽形角孔外周焊接连接，在两个热交换板片的角孔之间加装有密封垫片。
3.根据权利要求书2所述的一种废热回收发电式热交换器，其特征在于：所述热交换板片的至少一个板片的板片主体内侧壁上焊接有多个定位柱，所述定位柱的高度与两个板片主体之间的距离相同。
4.根据权利要求书2所述的一种废热回收发电式热交换器，其特征在于：所述定位卡口呈外窄内宽结构。
5.根据权利要求1所述的一种废热回收发电式热交换器，其特征在于：所述活动夹紧板由上部的角孔夹紧板、中间的热电模块夹紧板和下部的角孔夹紧板组成，所述夹紧装置由上下两个角孔夹紧装置和中间的热电模块夹紧装置构成，所述角孔夹紧装置包括螺柱、螺母、固定套，在固定夹紧板和角孔夹紧板两侧开有弧形槽，固定套放置于弧形槽内，螺柱穿过固定夹紧板和角孔夹紧板弧形槽内的固定套，螺柱两端用螺母锁紧，所述热电模块夹紧装置包括固定套、螺母、螺柱、弹性垫圈，在热电模块夹紧板两侧开有弧形槽，固定套放置于弧形槽内，螺柱穿过固定夹紧板和角孔夹紧板弧形槽内的固定套，螺柱处于固定夹紧板端用螺母锁紧，螺柱处于热电模块夹紧板端上套有弹性垫圈，在弹性垫圈外侧用螺母将螺柱锁紧。
6.根据权利要求1所述的一种废热回收发电式热交换器，其特征在于：所述热电模块两侧及热交换板片两侧均涂有导热膏。
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Denomination of invention: A waste heat recovery power generation heat exchanger Granted publication date: 20220318 Pledgee: Industrial and Commercial Bank of China Limited Siping Branch Pledgor: Siping Juyuan Hanyang Plate Heat Exchanger Co.,Ltd. Registration number: Y2024220000008 |
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