CN115597109A - 热电联产装置、温差发电系统、电压控制方法及供暖设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于热电的技术领域，尤其涉及一种热电联产装置。集热器；温差发电组件，设置在所述集热器上且一侧端面与所述集热器接触；其通过集热器收集燃气燃烧后的热量，用该热量加热温差发电组件的一端，使温差发电组件两端形成温度差，从而实现发电，且本方案在温差发电组件的上端与所述集热器的上端之间设置补偿距离，通过该温差发电组件输出电量与该补偿距离的关系，进而来提升装置整体的发电效率。

Description

热电联产装置、温差发电系统、电压控制方法及供暖设备

技术领域

本发明属于热电的技术领域，尤其涉及一种热电联产装置、温差发电系统及温差发电风机电压控制方法。

背景技术

随着科技的发展，温差发电技术的应用越来越广泛，比如在发电机或户外发电上，而目前的温差发电设备，采用燃烧燃气对温差发电片的一端进行加热，如现有技术中的生物质燃料温差发电机，其温差发电片另一端仅仅采用散热结构来使温差发电片两端形成温度差，其散热结构采用散热板以及翅片结构，利用该方式散热的速度受环境温度影响，而且基于燃烧提供热源的环境下，同样环境温度也会升高，导致温差发电片两端的温度差减少，影响发电效果。

另外，现有技术中的便携式燃烧设备，燃料源放置在所述燃烧室内燃烧，将封闭TEG的外壳安装到所述燃烧室的侧面，所述TEG基于相反两侧的温差产生电气输出。将导热探头和导热探头底座单元安装在所述TEG外壳上并经过小通道往所述燃烧室内突出。该方案中，热量散失量大，仍存在发电效率低的问题。

再者，现有技术中的燃烧发电炉及其发电和充电方法，其包括：炉体，设于炉体上的气口，用于流通气体；设于炉体上的燃料入口；设于炉体上的开口，用于安装热电转换器；热电转换器，包括与热电转换器的热端连接的导热件，和与热电转换器的冷端连接的散热件；所述导热件位于炉体内；所述散热件位于炉体外。针对生物质发电效率低的技术问题，它可以提高发电效率。但在实际结构中，影响发电效率的因素还很多，如何通过合理的结构设计来提升发电的效率以及稳定性，是温差发电设备的一个技术难点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热电联产装置，通过合理的结构设置，来使得热电联产装置通过燃气燃烧后提供的热量来使温差发电组件进行发电。

基于此，本发明提供一种热电联产装置，包括:

集热器；

温差发电组件，设置在所述集热器上且一侧端面与所述集热器接触；

所述集热器上端面高于所述温差发电组件的上端面，且所述温差发电组件的上端面与所述集热器上端面之间存在补偿距离。的间隔为补偿距离。

如上所述的一种热电联产装置，所述温差发电组件至少包括设于所述集热器一侧面上的多个第一温差发电片，所述集热器的高度满足：H＝h+X±20mm；

其中，h为多个第一温差发电片排布后的总高度；X为单个第一温差发电片的高度。

如上所述的一种热电联产装置，所述集热器内设有集热腔，所述集热器上还设有多个位于所述集热腔内的集热件。

如上所述的一种热电联产装置，所述补偿距离的范围为12mm至55mm。

如上所述的一种热电联产装置，所述补偿距离为42mm。

如上所述的一种热电联产装置，还包括冷端组件，所述冷端组件与所述差发电组件的另一侧端面接触，通过冷源使温差发电组件的两侧端面形成温度差。

如上所述的一种热电联产装置，还包括换热器，所述换热器设于所述集热器上端，所述换热器上设有排气口，且所述换热器内还设有风机组件。

如上所述的一种热电联产装置，还包括燃烧腔室，所述集热器包括可相互拆卸连接的左壳体和右壳体，且所述左壳体和右壳体相互安装形成所述集热腔，所述燃烧腔室设于所述集热器下侧与所述集热腔连通；

所述集热件包括多个第一肋柱和多个第二肋柱，多个所述第一肋柱设于所述左壳体内，多个所述的第二肋柱设于所述右壳体内。

如上所述的一种热电联产装置，所述集热器的两侧面上还设有凸起的安装部，所述安装部上设有温度探孔，所述温度探孔上设有温度传感器。

如上所述的一种热电联产装置，还包括第一夹板与第二夹板，所述第一夹板与所述第二夹板通过连杆与所述集热器连接。

本发明还提供了一种温差发电系统，包括如上所述的热电联产装置以及控制系统、储电装置、第二换热器、供水系统；

所述控制系统与所述热电联产装置电连接；

所述储电装置用于存储所述热电联产装置产生的电能以及对用电器进行供电或辅助供电，所述储电装置具有输出端口，且所述储电装置与所述热电联产装置、控制系统、第二换热器以及供水系统电连接；

所述第二换热器与所述换热器连接；

所述供水系统与所述第二换热器连接，用于向所述冷端组件提供冷源。

本发明还提供了一种温差发电风机电压控制方法包括如下步骤：

步骤1：在热电联产装置启动后，控制风机组件电压值到初始电压值U₀，并获取当前发电功率P₀。

步骤2：控制风机组件电压值到第一电压U₁,获取第一发电功率P₁；其中，所述U₁＝U₀+U_P，所述U_P位单元电压值；

步骤3：控制风机组件电压值到第一电压U₂，获取第二发电功率P₂；其中，所述U₁＝U₀-U_P；

步骤4：将当前发电功率P₀与第一发电功率P₁及第二发电功率P₂进行比较；

步骤5：

若当前发电功率P₀为最大值，则热电联产装置保持当前电压值进行工作——控制结束；

若第一发电功率P₁为前发电功率P₀以及第二发电功率P₂中的最大值，则将前发电功率P₀的值调整为P₁，并重复步骤2至步骤5，直至控制结束；

若第二发电功率P₂为前发电功率P₀以及第一发电功率P₁中的最大值，则将前发电功率P₀的值调整为P₂，并重复步骤2至步骤5，直至控制结束。

本发明还提供了一种供暖设备，包括所述的集热器，所述集热器设有集热件，所述集热器外侧还连接有暖风导出组件。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明提供了一种热电联产装置，其通过集热器收集燃气燃烧后的热量，用该热量加热温差发电组件的一端，使温差发电组件两端形成温度差，从而实现发电，且本方案在温差发电组件的上端与所述集热器的上端之间设置补偿距离，通过该温差发电组件输出电量与该补偿距离的关系，进而来提升装置整体的发电效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种热电联产装置的结构示意图；

图2为图1爆炸图一；

图3为补偿距离与输出功率的关系图；

图4为本发明一种温差发电系统的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图4所示，本发明实施例提供了一种热电联产装置，包括:集热器11，用于输入燃气燃烧且提供热量；温差发电组件2，设置在所述集热器11上且一侧端面与所述集热器11接触，用于输出电流；冷端组件3，与所述差发电组件2的另一侧端面接触，用于通过冷源使温差发电组件2的两侧端面形成温度差。本发明提供了一种热电联产装置，其通过集热器收集燃气燃烧后的热量，用该热量加热温差发电组件的一端，使温差发电组件两端形成温度差，从而实现发电，且本方案在温差发电组件的上端与所述集热器的上端之间设置补偿距离，通过该温差发电组件输出电量与该补偿距离的关系，进而来提升装置整体的发电效率。

进一步地，本发明实施例中，热电联产装置还包括冷端组件3，所述冷端组件3与所述差发电组件2的另一侧端面接触，通过冷源使温差发电组件2的两侧端面形成温度差。温差发电组件的一端通过吸收集热器11，且另一端通过冷端组件来提升热温差发电组件两端的温度差，从而提升温差发电组件两端的温度差，本方案通过合理的结构设置，来使得热电联产装置通过燃气燃烧后，能提供电力输出。

本方案中的冷源，可以是通过水冷、风冷等直接对温差发电组件2的一端进行降温，也可使采用系统式，比如水冷循环系统进行降温，相比于现有采用散热结构的方式，其能够有更稳定的低温源来使温差发电组件2的两端形成较高的稳定差，从而提升供电的稳定性。

本发明中，所述补偿距离L的范围为12mm至55mm。由于温差发电组件2的发电性能与其两端的温度差有关，如图3所示，根据实验可知，增加补偿距离时的发电量更大，这由于集热器下端靠近热源，而越靠近上端温度必然会下降，故越靠近该侧温度越低且数值不稳定，若温差发电片靠近上端，就会导致热量不均匀，发电效率不高。根据实验数据可知，随着L的增加，增长幅度越来越小。因此，L＝42mm被视为最优化补偿距离

且补偿距离增加时，热端温度的斜率变小。例如，当L＝12mm时，热端温度从521K降至465K，而当L＝42mm时，热端温度从520K降至498K。因此，随着补偿长度的增加，热端温度均匀性得到改善，这有利于温差发电组件2电位的释放。

故本发明通过合理的补偿距离设计，使得温差发电组件2在热端获得的热量更加均匀，从结构上优化以获得更高的发电效率。

本发明中，所述温差发电组件2包括设置在所述集热器11两端面上的多个第一温差发电片21和多个第二温差发电片组22；所述冷端组件3包括设于第一温差发电片组21端面上的第一冷端件31和设于第二温差发电片组22端面上的第二冷端件32。通过两侧发电，大大提升效率。

另外，本发明中，当多个第一温差发电片21呈矩形阵列排布时，所述集热器11的高度H满足：H＝a+1X±20；其中，a为矩形阵列的行数；X为单个第一温差发电片21的高度。根据上述补偿距离L的分析，第一温差发电片21与集热器11上端的补偿距离是影响第一温差发电片21发电效率的一个重要因素，而热电联产装置会采用多片温差发电片的结构，故集热器11上设置温差发电片的位置以及考虑补偿距离的参数会导致集热器11本身的尺寸过大，本方案提出了一种合理的尺寸参数公式，另外考虑到不同排列方式的温差发电片的总高度不同，所述集热器11的高度H满足：H＝h+X±20；其中，h为多个第一温差发电片21排布后的总高度；X为单个第一温差发电片21的高度。

本发明中，热电联产装置还包括换热器13，所述换热器13设于所述集热器11上端，所述换热器13上设有排气口，且所述换热器13内还设有风机组件。燃烧的气体通过集热器11以及换热器13排出，同时使集热器11吸收燃烧的气体的热量后，传递到温差发电组件2上。

而且，换热器13将燃烧的气体排出后，也可以通过外接热交换器等部件收集余热，此余热可做供暖、供热、发电等其他用途，对燃烧的气体的热量进行进一步利用，热量利用率最大化，同时降低了风机环境温度，保证其在符合工作温度下进行工作，提高其工作可靠性，整体设备结构也能更紧凑。

本发明实施例中，为了进一步提升集热器11传递至温差发电组件2上的热量，所述集热器11内设有集热腔，所述集热器11上还设有多个位于所述集热腔内的集热件。本方案通过集热件对集热腔内的热量进行吸收以及传递到温差发电组件2上。

另外，在上述的补偿距离L中，集热器11上端面是指集热器11内位于最上方的集热件，即该补偿距离L为最上方集热件的上端面至最上端温差发电组件2的上端面之间的距离。

具体而言，热电联产装置还包括燃烧腔室12，所述集热器11包括可相互拆卸连接的左壳体111和右壳体112，且所述左壳体111和右壳体112形成所述集热腔，所述燃烧腔室12设于所述集热器11下侧与所述集热腔连通；而所述集热件包括多个第一肋柱和多个第二肋柱，多个所述第一肋柱设于所述左壳体111内，多个所述的第二肋柱设于所述右壳体112内。燃烧的气体通过集热腔从上侧排出，为了有效利用气体的热量，通过第一肋柱和第二肋柱的设置来吸取热量至左壳体111和右壳体112的表面，以传递给温差发电组件2。

本发明中，肋柱可为圆形、方形、三角形或多边形的一种，也可以使片状，主要目的是增大与燃烧气体的接触面积，从而提升对热量的吸收。

本发明的第一肋柱和第二肋柱的设置方式有2种，其一是所述第一肋柱与所述第二肋柱一一相对设置。其二是所述第一肋柱与所述第二肋柱相对错位设置，另外，本方案中，多个第一肋柱也形成多层的排列，其中，可以采用层层顺列排列，也可以采用相邻两层错位排列的方式，来提高对热量的吸收，从而提升热量的利用率。

本发明实施例中，为了提升集热器对热量的吸收收集，集热器由高导热材料一体化制作而成，可才采用铜、铝、石墨等。

另外，本发明实施例中，所述第一冷端件31与第二冷端件32均为水热交换器。同理，输出的热水也可作为热量的输出物使用，提升本装置的功能。

进一步地，本发明实施例中，所述集热器11的两侧面上还设有凸起的安装部115，所述安装部115上设有温度探孔1151。所述温度探孔1151上设有温度传感器，温度传感器用于测量温差发电组件2热端的温度，这有助于防止温差发电组件2热端的温度过高，在本方案中，当检测到温差发电组件2热端的温度高于温差发电组件2的最高工作温度时，通过系统使热电联产装置停机或增大上端风机组件的电压，以起到保护温差发电组件2的效果。

而且，本发明中，热电联产装置还包括第一夹板41与第二夹板42，所述第一夹板41与所述第二夹板42通过连杆(图中未示出)与所述集热器11连接。其结构简单，方便安装。

本发明还提供了一种温差发电系统，如图4所示，其包括所述的热电联产装置以及控制系统91、储电装置92、第二换热器93、供水系统94；所述控制系统91与所述热电联产装置电连接；所述储电装置92用于存储所述热电联产装置产生的电能以及对用电器进行供电或辅助供电，所述储电装置92具有输出端口921，且所述储电装置92与所述热电联产装置、控制系统91、第二换热器93以及供水系统94电连接；所述第二换热器93与所述换热器13连接；所述供水系统94与所述第二换热器93连接，用于向所述冷端组件3提供冷源。该系统中增加储电装置92，以解决产电与设备用电不匹配问题；当产电大于设备用电时，将多余电量传送至储电装置92进行储能；当产电小于设备用电时，储电装置92介入对设备进行一部分的供电。

另外该系统中通过增加供水系统94，其可通过水循环实现冷端组件3的冷源输入，具体而言，供水系统94包括连接在冷端组件3出水管道上的膨胀器941和水泵942，另外通过三通阀与冷端组件3的进水端连接，其中，三通阀还可外接水源入口943，可通过水源入口943补充冷水。而膨胀器941有利于控出水管道的压力，受热膨胀同时促进散热。且本方案中，水泵942的电力可来源于储电装置92。

在该系统中，第二换热器93主要用于对冷端组件3出水管道内的水进行降温，其可增加换热风扇931，而换热风扇931的电力可来源于储电装置92。

本发明还提供了一种温差发电风机电压控制方法，包括如下步骤：

步骤1：在热电联产装置启动后，控制风机组件电压值到初始电压值U₀，并获取当前发电功率P₀。

步骤2：控制风机组件电压值到第一电压U₁,获取第一发电功率P₁；其中，所述U₁＝U₀+U_P，所述U_P为单元电压；

步骤3：控制风机组件电压值到第一电压U₂，获取第二发电功率P₂；其中，所述U₁＝U₀-U_P；

步骤4：将当前发电功率P₀与第一发电功率P₁及第二发电功率P₂进行比较；

步骤5：

若当前发电功率P₀为最大值，则热电联产装置保持当前电压值进行工作——控制结束；

若第一发电功率P₁为前发电功率P₀以及第二发电功率P₂中的最大值，则将前发电功率P₀的值调整为P₁，并重复步骤2至步骤5，直至控制结束；

若第二发电功率P₂为前发电功率P₀以及第一发电功率P₁中的最大值，则将前发电功率P₀的值调整为P₂，并重复步骤2至步骤5，直至控制结束。

在上述控制方法中，单元电压U_P的值可为0.01、0.1v、1v、也可自己定义主要用作将第一电压升或降一个单元电压后获取第一发电功率P₁及第二发电功率P₂，热电联产装置通过上述电压控制方法调整电压值获取一个最佳的工作电压值，该工作电压值使得设备热均匀性最好，发电效率最高。

本发明还提供了一种供暖设备，其包括集热器11，所述集热器11设有集热件，所述集热器11外侧还连接有暖风导出组件。暖风导出组件可采用设置在集热器11外侧的风机，通过集热器11吸收热量后，使得风机导出的温度较暖的气流，从而实现供暖效果。

本发明提供了一种热电联产装置，其通过集热器收集燃气燃烧后的热量，用该热量加热温差发电组件的一端，且另一端通过冷端组件提供冷源来提升热温差发电组件两端的温度差，通过合理的结构设置，来使得热电联产装置通过燃气燃烧后，能提供电力输出，而且本方案通过在所述温差发电组件的上端与所述集热器的上端之间留有间隔，通过该间隔的来获得温差发电组件输出电量与该补偿距离的关系，进而来提升装置整体的发电效率。

应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。此外，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种热电联产装置，其特征在于，包括:

集热器(11)；

温差发电组件(2)，设置在所述集热器(11)上且一侧端面与所述集热器(11)接触；

所述集热器(11)上端面高于所述温差发电组件(2)的上端面，且所述温差发电组件(2)的上端面与所述集热器(11)上端面之间存在补偿距离(L)。的间隔为补偿距离(L)。

2.根据权利要求1所述的一种热电联产装置，其特征在于，所述温差发电组件(2)至少包括设于所述集热器(11)一侧面上的多个第一温差发电片(21)，所述集热器(11)的高度(H)满足：H＝h+X±20mm；

其中，h为多个第一温差发电片(21)排布后的总高度；X为单个第一温差发电片(21)的高度。

3.根据权利要求1所述的一种热电联产装置，其特征在于，所述集热器(11)内设有集热腔，所述集热器(11)上还设有多个位于所述集热腔内的集热件。

4.根据权利要求1所述的一种热电联产装置，其特征在于，所述补偿距离(L)的范围为12mm至55mm。

5.根据权利要求1所述的一种热电联产装置，其特征在于，所述补偿距离(L)为42mm。

6.根据权利要求1所述的一种热电联产装置，其特征在于，还包括冷端组件(3)，所述冷端组件(3)与所述差发电组件(2)的另一侧端面接触，通过冷源使温差发电组件(2)的两侧端面形成温度差。

7.根据权利要求3所述的一种热电联产装置，其特征在于，还包括换热器(13)，所述换热器(13)设于所述集热器(11)上端，所述换热器(13)上设有排气口，且所述换热器(13)内还设有风机组件。

8.根据权利要求7所述的一种热电联产装置，其特征在于，还包括燃烧腔室(12)，所述集热器(11)包括可相互拆卸连接的左壳体(111)和右壳体(112)，且所述左壳体(111)和右壳体(112)相互安装形成所述集热腔，所述燃烧腔室(12)设于所述集热器(11)下侧与所述集热腔连通；

所述集热件包括多个第一肋柱和多个第二肋柱，多个所述第一肋柱设于所述左壳体(111)内，多个所述的第二肋柱设于所述右壳体(112)内。

9.根据权利要求8所述的一种热电联产装置，其特征在于，所述集热器(11)的两侧面上还设有凸起的安装部(115)，所述安装部(115)上设有温度探孔(1151)，所述温度探孔(1151)上设有温度传感器。

10.根据权利要求9所述的一种热电联产装置，其特征在于，还包括第一夹板(41)与第二夹板(42)，所述第一夹板(41)与所述第二夹板(42)通过连杆与所述集热器(11)连接。

11.一种温差发电系统，其特征在于，包括如权利要求1至10任一所述的热电联产装置以及控制系统(91)、储电装置(92)、第二换热器(93)、供水系统(94)；

所述控制系统(91)与所述热电联产装置电连接；

所述储电装置(92)用于存储所述热电联产装置产生的电能以及对用电器进行供电或辅助供电，所述储电装置(92)具有输出端口(921)，且所述储电装置(92)与所述热电联产装置、控制系统(91)、第二换热器(93)以及供水系统(94)电连接；

所述第二换热器(93)与所述换热器(13)连接；

所述供水系统(94)与所述第二换热器(93)连接，用于向所述冷端组件(3)提供冷源。

12.一种温差发电风机电压控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：在热电联产装置启动后，控制风机组件电压值到初始电压值U₀，并获取当前发电功率P₀。

步骤2：控制风机组件电压值到第一电压U₁,获取第一发电功率P₁；其中，所述U₁＝U₀+U_P，所述U_P位单元电压值；

步骤3：控制风机组件电压值到第一电压U₂，获取第二发电功率P₂；其中，所述U₁＝U₀-U_P；

步骤4：将当前发电功率P₀与第一发电功率P₁及第二发电功率P₂进行比较；

步骤5：

若当前发电功率P₀为最大值，则热电联产装置保持当前电压值进行工作——控制结束；

若第一发电功率P₁为前发电功率P₀以及第二发电功率P₂中的最大值，则将前发电功率P₀的值调整为P₁，并重复步骤2至步骤5，直至控制结束；

若第二发电功率P₂为前发电功率P₀以及第一发电功率P₁中的最大值，则将前发电功率P₀的值调整为P₂，并重复步骤2至步骤5，直至控制结束。

13.一种供暖设备，其特征在于，包括如权利要求1所述的集热器(11)，所述集热器(11)设有集热件，所述集热器(11)外侧还连接有暖风导出组件。

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