CN113517826A - 一种自感知流量变化的高效率热电发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及热电发电技术领域，特别涉及一种高热电转换效率的热电发电装置。本发明公开了一种高热电转换效率的热电发电装置，包括中温型热电发电器热源、低温型热电发电器热源、燃烧器以及控制气流通路的阀门；阀门包括连通中温型热电发电器热源与燃烧器的第一气路阀及连通低温型热电发电器热源与燃烧器的第二气路阀；所述中温型热电发电器热源采用由中温型热电片制成的热电发电器，所述低温型热电发电器热源采用由低温型热电材料制成的热电发电器，所述燃烧器由低导热系数材料制成；燃料流量大时，打开所述第一气路阀，关闭所述第二气路阀；燃料流量小时，关闭所述第一气路阀，打开所述第二气路阀。本发明可提高现有的温差发电器热电转换效率。

Description

一种自感知流量变化的高效率热电发电装置
技术领域
本发明涉及热电发电技术领域，特别涉及一种高热电转换效率的热电发电装置。
背景技术
随着能源危机以及环境污染问题的不断恶化，给如果研究者致力于寻找新型能源材料以及新型能源转化方式。温差发电技术是一种基于热电材料的热电转化方式。它具有体积小、重量轻、无运动部件、无污染、易于集成等优势，使得它可以广泛的应用在军事、医疗、电子产品中等领域中。影响热电转换效率的因素有冷热端温差、热电材料，热电模块结构，接触效应、尺度效应、边界效应等。其中，热电材料的优值系数对于能量转换有很大影响，但对于优值系数的提高有很大的挑战，因此现如今的热电发电器件热电转换效率较低。
发明内容
针对现如今的热电发电器件热电转换效率较低的缺陷，本发明将提供一种高热电转换效率的热电发电装置。本发明目的在于提高温差发电器热电转换效率。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：本发明公开了一种高热电转换效率的热电发电装置，包括中温型热电发电器热源、低温型热电发电器热源、燃烧器以及控制气流通路的阀门；阀门包括连通中温型热电发电器热源与燃烧器的第一气路阀及连通低温型热电发电器热源与燃烧器的第二气路阀；所述中温型热电发电器热源采用由中温型热电片制成的热电发电器，所述低温型热电发电器热源采用由低温型热电材料制成的热电发电器，所述燃烧器由低导热系数材料制成；
燃料流量大时，打开所述第一气路阀，关闭所述第二气路阀；燃料流量小时，关闭所述第一气路阀，打开所述第二气路阀。
作为一种优选：所述第一气路阀与所述第二气路阀为活塞棘轮结构，可根据气流大小实现自动开关，且所述第一气路阀与所述第二气路阀的相互对称设置。
作为一种优选：所述第一气路阀由第一主棘爪、第一棘轮、第一气门、第一重锤、第一旋转轴、第一连杆、第一高速控制弹簧、第一活塞、第一低速控制弹簧及第一副棘爪组成；所述第一气门与所述第一旋转轴固定连接，当气流推动所述第一气门旋转，带动所述第一旋转柱旋转，进而使所述第一棘轮旋转；所述第一活塞由所述第一重锤带动；所述第一连杆与所述第一主棘爪固定连接，所述第一副棘爪随所述第一主棘爪从动。
作为一种优选：当燃料流量大时，所述第一气路阀的所述重锤在气流推力、自身重力及所述低速控制弹簧的作用下下移，所述连杆前进，所述棘爪松开轮齿所述第一气路阀打开；所述第二气路阀的所述重锤在气流推力及所述高速控制弹簧的作用下上移，所述连杆后退，带动所述棘爪卡住轮齿，所述第二气路阀关闭。
作为一种优选：当燃料流量大时，气流推力减小，所述第一气路阀的所述重锤在所述高速控制弹簧上移，所述连杆后退，所述棘爪卡住轮齿，所述第一气路阀关闭；所述第二气路阀的所述重锤在自身重力及所述低速控制弹簧下下移，所述连杆前进，所述棘爪松开轮齿，所述第二气路阀打开。
采用上述结构后，本发明和现有技术相比所具有的优点是：
(1)本发明基于结构上的创新，可实现对微小型燃料电池全燃料流量范围内的电能高效率输出。
(2)本发明提出了一种提高已燃气体(换热介质)温度的一种办法，由低导热系数材料制成的燃烧器可最大程度减少热量损失，进而提高进入换热器的气体温度。
(3)本发明的阀门可自动感知燃烧器内燃料流量的变化。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1为本发明高热电转换效率的热电发电装置的系统结构示意图；
图2为图1中A-A的截面图；
图3为本发明高热电转换效率的热电发电装置的大流量时气体流动示意图；
图4为本发明高热电转换效率的热电发电装置的小流量时气体流动示意图；
图5为本发明高热电转换效率的热电发电装置的第一气路阀的结构示意图；
图6为本发明高热电转换效率的热电发电装置的第二气路阀的结构示意图；
图7为本发明高热电转换效率的热电发电装置的热端换热器壁温变化规律示意图。
图中：1-燃烧器；21-中温型热电发电器热源；22-低温型热电发电器热源；3-阀门；31-第一气路阀；311-第一主棘爪；3110-第一副棘爪；312-第一棘轮；313-第一气门；314-第一重锤；315-第一旋转轴；316-第一连杆；317-第一高速控制弹簧；318-第一活塞；319-第一低速控制弹簧；32-第二气路阀；321-第二主棘爪；3210-第二副棘爪；322-第二棘轮；323-第二气门；324-第二重锤；325-第二旋转轴；326-第二连杆；327-第二高速控制弹簧；328-第二活塞；329-第二低速控制弹簧。
具体实施方式
为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。
实施例，如图1和图2所示，高热电转换效率的热电发电装置包括中温型热电发电器热源21、低温型热电发电器热源22、燃烧器1以及控制气流通路的阀门3；阀门3包括连通中温型热电发电器热源21与燃烧器1的第一气路阀31及连通低温型热电发电器热源22与燃烧器1的第二气路阀32。
中温型热电发电器热源21采用由中温型热电片制成的热电发电器；低温型热电发电器热源22采用由低温型热电材料制成的热电发电器。
燃烧器1由低导热系数材料制成。
高热电转换效率的热电发电装置的气体流动见图3和图4所示：当通入燃烧器1的燃料流量较大时，已燃气体的温度较高，此时中温型热电材料的转换效率较低温型更高。第一气路阀31打开，关闭第二气路阀32。而当通入燃烧器1的燃料流量较小时，已燃气体温度降低，更适宜低温型热电材料。此时气流推动阀门31关闭、打开阀门32。
见图5所示：第一气路阀31由第一主棘爪311、第一棘轮312、第一气门313、第一重锤314、第一旋转轴315、第一连杆316、第一高速控制弹簧317、第一活塞318、第一低速控制弹簧319及第一副棘爪3110组成；第一气门313与第一旋转轴315固定连接，当气流推动第一气门313旋转，带动第一旋转柱315旋转，进而使第一棘轮312旋转；第一活塞318由第一重锤314带动；第一连杆316与第一主棘爪311固定连接，第一副棘爪3110随第一主棘爪311从动。
第一气路阀31的第一重锤314位于下方，且其上端气门截面积大于下端气门截面积，致使第一棘轮312逆时针旋转；当气流速度大时，第一重锤314在气流推力、自身重力及第一低速控制弹簧319的作用下下移，第一连杆316前进，第一气路阀31打开；当气流速度减小至一定值时，气流推力减小，第一重锤314在第一高速控制弹簧317上移，第一连杆316后退，第一主棘爪311及第一副棘爪3110卡住轮齿。
见图6所示：第二气路阀32由第二主棘爪321、第二棘轮322、第二气门323、第二重锤324、第二旋转轴325、第二连杆326、第二高速控制弹簧327、第二活塞328、第二低速控制弹簧329及第二副棘爪3210组成；第二气门323与第二旋转轴325固定连接，当气流推动第二气门323旋转，带动第二旋转柱325旋转，进而使第二棘轮322旋转；第二活塞328由第二重锤324带动；第二连杆326与第二主棘爪321固定连接，第二副棘爪3210随第二主棘爪321从动。
第二气路阀32的第二重锤324位于上方，且其上端气门截面积小于下端截面积，致使第二棘轮322顺时针旋转；当气流速度大时，第二重锤324在气流推力及第二高速控制弹簧327的作用下上移，第二连杆326后退，带动第二主棘爪321及第二副棘爪3210卡住轮齿；当气流速度减小至一定值时，气流推力减小，第二重锤314在自身重力及第二低速控制弹簧329下下移，第二连杆326前进，第二主棘爪321及第二副棘爪3210松开轮齿。
高热电转换效率的热电发电装置的热端换热器壁温变化规律见图7所示：高热电转换效率的热电发电装置的热端换热器壁温变化定性分析：当通入燃烧器1的燃料流量较大时，燃烧后温度为T1的已燃气体携带的热量大，进入中温型热电发电器21热端换热器进行换热。由于使用低导热系数材料的燃烧器1，所以流入、流出温度T1、T2高于传统型热电发电器的流入、流出温度T1 ’、T2 ’。而换热介质在流入低温型热电发电器22时，流入、流出温度分别为T3、T4，该温度适用于低温型热电材料，发电效率更高。
以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。其它结构和原理与现有技术相同，这里不再赘述。

Claims (5)

1.一种自感知流量变化的高效率热电发电装置，其特征在于：包括中温型热电发电器热源、低温型热电发电器热源、燃烧器以及控制气流通路的阀门；阀门包括连通中温型热电发电器热源与燃烧器的第一气路阀及连通低温型热电发电器热源与燃烧器的第二气路阀；所述中温型热电发电器热源采用由中温型热电片制成的热电发电器，所述低温型热电发电器热源采用由低温型热电材料制成的热电发电器，所述燃烧器由低导热系数材料制成；
燃料流量大时，打开所述第一气路阀，关闭所述第二气路阀；燃料流量小时，关闭所述第一气路阀，打开所述第二气路阀。
2.根据权利要求1所述的热电发电装置，其特征在于：所述第一气路阀与所述第二气路阀为活塞棘轮结构，可根据气流大小实现自动开关，且所述第一气路阀与所述第二气路阀相互对称设置。
3.根据权利要求2所述的热电发电装置，其特征在于：所述第一气路阀由第一主棘爪、第一棘轮、第一气门、第一重锤、第一旋转轴、第一连杆、第一高速控制弹簧、第一活塞、第一低速控制弹簧及第一副棘爪组成；所述第一气门与所述第一旋转轴固定连接，当气流推动所述第一气门旋转，带动所述第一旋转柱旋转，进而使所述第一棘轮旋转；所述第一活塞由所述第一重锤带动；所述第一连杆与所述第一主棘爪固定连接，所述第一副棘爪随所述第一主棘爪从动。
4.根据权利要求3所述的热电发电装置，其特征在于：当燃料流量大时，所述第一气路阀的所述重锤在气流推力、自身重力及所述低速控制弹簧的作用下下移，所述连杆前进，所述棘爪松开轮齿所述第一气路阀打开；所述第二气路阀的所述重锤在气流推力及所述高速控制弹簧的作用下上移，所述连杆后退，带动所述棘爪卡住轮齿，所述第二气路阀关闭。
5.根据权利要求3所述的热电发电装置，其特征在于：当燃料流量大时，气流推力减小，所述第一气路阀的所述重锤在所述高速控制弹簧上移，所述连杆后退，所述棘爪卡住轮齿，所述第一气路阀关闭；所述第二气路阀的所述重锤在自身重力及所述低速控制弹簧下下移，所述连杆前进，所述棘爪松开轮齿，所述第二气路阀打开。
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