TWM559549U - 廢熱回收發電的熱電模組 - Google Patents

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  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
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Abstract

一種廢熱回收發電的熱電模組,用以裝置於鍋爐排煙道的熱電模組裝置口,其結構包括:裝置部,具有裝置板以及模組框架,裝置板開設有容置口;以及第一熱電轉換部,包含熱管部,具有蒸發端及冷凝端;熱面鋁板,該些熱管之冷凝端共同鑲鑄於熱面鋁板內部;一對冷面鋁板,分別覆蓋於熱面鋁板之頂面與底面;以及多個熱電晶片,各個熱電晶片的熱端貼合於熱面鋁板,各個熱電晶片的冷端貼合於冷面鋁板,用以利用熱面鋁板及冷面鋁板間之溫度差產生電流;其中,第一熱電轉換部以蒸發端穿入裝置板的容置口內,並與排煙道內之高溫廢熱氣接觸。

Description

廢熱回收發電的熱電模組
本新型係關於一種熱電模組,特別是關於一種應用於廢熱回收發電的熱電模組。
近年來由於在技術上熱電材料性能的不斷提升,及環保議題上溫室效應/二氧化碳減量等因素,因此利用熱電轉換技術,進一步將大量廢熱回收轉為電能的方式,普遍得到日、美、歐等先進國家的重視。廢熱再利用增加了熱電發電的競爭力,一些新興應用研究諸如垃圾焚燒餘熱、煉鋼廠的餘熱、利用汽車以及發動機尾氣的餘熱進行熱電發電,為汽車提供輔助電源的研究也正在進行。
就熱電發電器需用的熱源來看,目前國內可利用之餘熱能種類有工業熱能(如工業高/低階溫差排放熱能、廢棄物熱能、熱交換器熱能)、交通工具排放熱能(如燃油車熱能)、環境熱(如太陽熱能/溫泉地熱)、其他熱能(如熱水溫差熱能、住宅器具熱能、其他行業熱能)等。
在工廠餘熱利用上,其他種類的發電技術效率雖較高,但由於也需在較高溫環境下操作,在低於150℃之工作環境即無法利用,而熱電發電卻可利用中低溫熱能,因此溫 差發電成為重要選擇。
本新型所欲解決的主要問題,係在於利用工業鍋爐排出的廢熱氣高溫的特性,結合熱電材料在溫差下會產生電流的使用,讓高溫廢熱氣的高溫可回收應用生成能源,達到能源回收再生的效果。
為達成上述的目的,本新型公開了一種廢熱回收發電的熱電模組,適用於一鍋爐,該鍋爐連通有一排放高溫廢熱氣的排煙道,該排煙道之側壁設置有一連通該排煙道內部空間與其外界空間的熱電模組裝置口,該熱電模組裝置於該熱電模組裝置口,其結構包括:一裝置部,具有一裝置板以及一模組框架,該裝置板開設有一容置口,該模組框架的深度可容置於該排煙道的內部空間;以及一第一熱電轉換部,包含:熱管部,由平行排列的多個熱管組成,該些熱管具有一蒸發端及一冷凝端;一熱面鋁板,該些熱管之冷凝端共同鑲鑄於該熱面鋁板內部,並與該熱面鋁板緊密接觸;一對冷面鋁板,分別覆蓋於該熱面鋁板之頂面與底面;以及多個熱電晶片,各個熱電晶片的熱端貼合於該熱面鋁板,各個熱電晶片的冷端貼合於該冷面鋁板,用以利用該熱面鋁板及該冷面鋁板間之溫度差產生電流;其中,該第一熱電轉換部以該蒸發端穿入該裝置板的該容置口內,並與該排煙道內之高溫廢熱氣接觸。
在一實施例中,該冷面鋁板內部設置有一水冷管道,該水冷管道係以管材鑲鑄於該冷面鋁板中。
在上述的實施例中,該水冷管道具有四進四出的 進出水口,該些進出水口之口徑大於該水冷管道之管徑。
在一實施例中,更包括一鼓風機,設置於該鍋爐遠離該排煙道之一側,用以將該鍋爐燃燒產生的高溫廢熱氣吹入該排煙道中排放。
在一實施例中,該熱電模組更包括一蓄電部,與該些熱電晶片電性連接,並蓄存該些熱電晶片產生之電流。
在一實施例中,該熱電模組裝置口與該裝置板設置有相對應的螺接鎖固結構。
在一實施例中,該熱電模組更包括有第二熱電轉換部,該第二熱電轉換部之結構與第一熱電轉換部相同,其中,該第二熱電轉換部之該些熱管係交錯對應設置於該第一熱電轉換部之該些熱管的間隙位置。
在一實施例中,該熱電轉換部的該些熱管與水平面具有一傾斜角,其中,該冷凝端較高於該蒸發端。
在一實施例中,該些熱電晶片貼合於該熱面鋁板上對應於各個熱管的冷凝端的位置。
在一實施例中,該些熱管採用鰭片式熱管。
經由本新型所述的廢熱回收發電的熱電模組具有以下功效:1.可有效利用工業鍋爐排放廢熱氣的高溫,結合熱電材料的特性,透過高溫廢熱氣的高溫與室溫或冷卻溫度的溫差產生電流,亦即回收廢熱重新產生新的能源並加以運用;2.做成像卡匣抽取式的裝置模組結構在裝置跟替換的使用上都很便利。
1‧‧‧熱電模組
1A‧‧‧熱電模組
11‧‧‧裝置部
111‧‧‧裝置板
112‧‧‧模組框架
113‧‧‧容置口
12‧‧‧第一熱電轉換部
12A‧‧‧第二熱電轉換部
121‧‧‧熱管
121A‧‧‧熱管
1211‧‧‧蒸發端
1212‧‧‧冷凝端
122‧‧‧熱面鋁板
122A‧‧‧頂面
122B‧‧‧底面
13‧‧‧熱電晶片
14‧‧‧冷面鋁板
141‧‧‧水冷管道
142A‧‧‧進水口
142B‧‧‧出水口
15‧‧‧蓄電部
16‧‧‧隔板
2‧‧‧鍋爐
3‧‧‧排煙道
31‧‧‧熱電模組裝置口
4‧‧‧鼓風機
A‧‧‧高溫廢熱氣
D‧‧‧管徑
D1‧‧‧口徑
D2‧‧‧管徑
d‧‧‧深度
M‧‧‧液態熱媒
M’‧‧‧氣態熱媒
S1‧‧‧第一螺孔部
S2‧‧‧第二螺孔部
α‧‧‧傾斜角
圖1為本新型所述熱電模組應用於鍋爐設備之裝置位置示意圖;圖2A為本新型所述一實施例之熱電模組裝置示意圖;圖2B為本新型所述一實施例之熱電轉換部結構示意圖;圖2C為本新型所述之熱管作用示意圖;圖2D為本新型所述熱電晶面之設置位置與應用發電示意圖;圖2E為本新型所述水冷管道及其進出水口一實施例之結構示意圖;圖2F為本新型所述水冷管道及其進出水口另一實施例之結構示意圖;圖3A為本新型所述另一實施例之熱電模組的前視示意圖;圖3B為本新型所述另一實施例之熱電模組的上視示意圖。
本新型所採用的熱電晶片係由熱電材料製成,熱電材料通入電流之後會產生冷熱兩端,故可以用來冷卻也可以用來保溫。而如果同時在兩端接觸不同溫度時,熱電材料則會在內部迴路形成電流,溫差越大產生的電流越強,亦即熱電材料可用以接收外界熱源來產生電力。
目前依據能源資訊網的數據資訊表示,每年工業大戶排放餘熱量約3.9百萬公秉油當量,超過800億元價值,其中250℃以下餘熱約佔75%,因限於技術及國內低價能源而未能回收利用,殊為可惜。
本新型所欲解決的主要問題,係在於利用工業鍋 爐排出的廢熱氣高溫的特性,結合熱電晶片在溫差下會產生電流的使用,讓高溫廢熱氣的高溫可回收應用生成能源,達到能源回收再生的效果。
為解決上述問題,本新型提供了一種廢熱回收發電的熱電模組1,如圖1所示,本新型所述的熱電模組1適用於一鍋爐2,該鍋爐2連通有一排放高溫廢熱氣A的排煙道3,該排煙道3具有一管徑D並於管壁上設置有一熱電模組裝置口31,該熱電模組1即裝置於該熱電模組裝置口。
在圖1的實施例中,更包括一鼓風機4,設置於該鍋爐2遠離該排煙道3之一側,用以將該鍋爐2燃燒產生的高溫廢熱氣A吹入該排煙道3中排放。
續請參閱圖2A至圖2F,本新型所述的熱電模組1結構包括:一裝置部11,具有一裝置板111以及一模組框架112,該裝置板111開設有一容置口113,該模組框架112的深度d可容置於該排煙道3的該管徑D(如圖1所示);以及一第一熱電轉換部12,包含由多個平行排列的熱管121組成的熱管部,該些熱管121具有一蒸發端1211及一冷凝端1212,該些熱管121之冷凝端1212如圖2C所示,共同鑲鑄於一熱面鋁板122內部,並與該熱面鋁板122緊密接觸,該熱面鋁板122之頂面122A與底面122B分別覆蓋有一冷面鋁板14,該第一熱電轉換部12如圖2A所示,以該蒸發端1211穿入該裝置板111的該容置口113內,並如圖1所示,以其蒸發端1211與該排煙道3內之高溫廢熱氣A接觸;其中,該熱面鋁板122與該冷面鋁板14之間對應於該些熱管121之冷凝端1212的位置如圖2A、圖2B及圖2D所示,設置有 多個熱電晶片13,該些熱電晶片13利用與該熱面鋁板122貼合的熱端及與該冷面鋁板14貼合的冷端間之溫度差產生電流。
在圖2A的實施例中,該熱電模組1更包括一蓄電部15,與該些熱電晶片13電性連接,並蓄存該些熱電晶片13產生之電流。
在圖2A實施例中,該熱電模組裝置口31與該裝置板111設置有相對應的螺接鎖固結構,如設置於裝置板111上的第一螺孔部S1以及設置於熱電模組裝置口31周圍的第二螺孔部S2。
在圖2A的實施例中,該熱電模組1更包括有第二熱電轉換部12A,該第二熱電轉換部12A之結構與第一熱電轉換部12相同,其中,該第二熱電轉換部12A之該些熱管121A係對應設置於該第一熱電轉換部之該些熱管的位置。
在圖2A的實施例中,該第一熱電轉換部12更包括有一隔板16,該隔板可穿設該些熱管,並且與該裝置板之容置口平行且相抵接。
在圖2C的實施例中,該第一熱電轉換部12的該些熱管121與水平面具有一傾斜角α,其中,該冷凝端1212較高於該蒸發端1211。
在本新型的實施例中,該些冷面鋁板14留在該排煙道3外部,且具有一散熱手段,如空冷。而在另一實施例中;該些冷面鋁板14更包含有主動散熱手段,例如在其內部埋設水冷管道141,如圖2B與圖2D所示,並以幫浦循環水冷管道141內的水液,其中該水冷管道141係以管材鑲鑄於該冷面鋁板14 中。
在一實施例中,如圖2E或圖2F所示,該冷面鋁板14內部的水冷管道141具有四進四出的進出水口(如進水口142A及出水口142B),該些進水口142A及出水口142B之口徑D1大於該水冷管道141之管徑D2。
在不同之實施例中,水冷管道141可依照需求提供不同的管道設計,如圖2D至圖2F所示,並且在一實施例中,進水口142A及出水口142B的口徑D1為該水冷管道141的管徑D2的兩倍。
續請參閱圖2C,圖2C為本新型所述熱電模組之熱管121作用示意圖,熱管121的蒸發端1211與冷凝端1212皆係封閉的,並且熱管121內部係抽為真空裝態。熱管121內部裝置有熱媒(如純水),熱媒會在熱管121內進行相變循環。由於本新型中所述熱管121與水平面如圖2B所示具有一傾斜角α,並且該冷凝端1212高於該蒸發端1211,是以根據地心引力的作用,該熱管121內部的熱媒會由冷凝端1212往蒸發端1211流動,而當液態熱媒M由冷凝端1212往蒸發端1211流動時,由於蒸發端1211如圖1所示直接與排煙道3內的高溫廢熱氣A接觸,因此液態熱媒M會相變為氣態熱媒M’,並且依據流體會由高壓流向低壓物理特性,氣態熱媒M’會由蒸發端1211往冷凝端1212流動,並在氣態熱媒M’散熱後冷凝再度相變成為液態熱媒M,進而形成熱管121內的相變循環,並達到透過此循環將熱管蒸發端1211的熱能傳遞到冷凝端1212的效果。
續請參閱圖3A及圖3B,圖3A及圖3B為本新型所述 另一實施例之熱電模組1A的前視示意圖與上視示意圖。
在此一實施例中,該熱電模組1A更包括有第二熱電轉換部12A,該第二熱電轉換部12A之結構與第一熱電轉換部12相同,其中,該第二熱電轉換部12A之該些熱管121A係交錯對應設置於該第一熱電轉換部12之該些熱管121的間隙位置。第一熱電轉換部12與第二熱電轉換部12A皆係如圖2A所示,以其蒸發端1211穿入裝置部11的容置口113中,並以其裝置部11上的第一螺孔部S1與排煙道3上的第二螺孔部S2相對螺接鎖固。
該些熱電轉換部利用其穿入排煙道3中的蒸發端1211與高溫廢熱氣直接接觸,再利用第一熱電轉換部12與第二熱電轉換部12A之該些熱管交錯對應設置排列的特徵,可增加該些熱管121、121A與高溫廢熱氣接觸的面積,進而達到更佳的廢熱回收發電的效果。
相應於未能回收利用的佔量75%之250℃以下餘熱,可有效將該些佔量75%的餘熱轉變為新生能源(電流)進而輸出蓄存或使用。
綜上所述,本新型所公開之廢熱回收發電的熱電模組具有以下功效:1.可有效利用工業鍋爐排放廢熱氣的高溫,結合熱電材料的特性,透過高溫廢熱氣的高溫與室溫或冷卻溫度的溫差產生電流,亦即回收廢熱重新產生新的能源並加以運用;2.做成像卡匣抽取式的裝置模組結構在裝置跟替換的使用上都很便利。
上述本新型所採用的技術手段之實施方式或實施 例,並非用來限定本新型專利實施之範圍。即凡與本新型專利申請範圍文義相符,或依本新型專利範圍所做的均等變化與修飾,皆為本新型專利範圍所涵蓋。

Claims (10)

  1. 一種廢熱回收發電的熱電模組,適用於一鍋爐,該鍋爐連通有一排放高溫廢熱氣的排煙道,該排煙道之側壁設置有一連通該排煙道內部空間與其外界空間的熱電模組裝置口,該熱電模組裝置於該熱電模組裝置口,其結構包括:一裝置部,具有一裝置板以及一模組框架,該裝置板開設有一容置口,該模組框架的深度可容置於該排煙道的內部空間;以及一第一熱電轉換部,包含:熱管部,由平行排列的多個熱管組成,該些熱管具有一蒸發端及一冷凝端;一熱面鋁板,該些熱管之冷凝端共同鑲鑄於該熱面鋁板內部,並與該熱面鋁板緊密接觸;一對冷面鋁板,分別覆蓋於該熱面鋁板之頂面與底面;以及多個熱電晶片,各個熱電晶片的熱端貼合於該熱面鋁板,各個熱電晶片的冷端貼合於該冷面鋁板,用以利用該熱面鋁板及該冷面鋁板間之溫度差產生電流;其中,該第一熱電轉換部以該蒸發端穿入該裝置板的該容置口內,並與該排煙道內之高溫廢熱氣接觸。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的廢熱回收發電的熱電模組,其中,該冷面鋁板內部設置有一水冷管道,該水冷管道係以管材鑲鑄於該冷面鋁板中。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的廢熱回收發電的熱電模組,其中,該水冷管道具有四進四出的進出水口,該些進出水口之口徑大於該水冷管道之管徑。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的廢熱回收發電的熱電模組,更包括一鼓風機,設置於該鍋爐遠離該排煙道之一側,用以將該鍋爐燃燒產生的高溫廢熱氣吹入該排煙道中排放。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的廢熱回收發電的熱電模組,其中,該熱電模組更包括一蓄電部,與該些熱電晶片電性連接,並蓄存該些熱電晶片產生之電流。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的廢熱回收發電的熱電模組,其中,該熱電模組裝置口與該裝置板設置有相對應的螺接鎖固結構。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的廢熱回收發電的熱電模組,其中,該熱電模組更包括有第二熱電轉換部,該第二熱電轉換部之結構與第一熱電轉換部相同,其中,該第二熱電轉換部之該些熱管係交錯對應設置於該第一熱電轉換部之該些熱管的間隙位置。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的廢熱回收發電的熱電模組,其中,該熱電轉換部的該些熱管與水平面具有一傾斜角,其中,該冷凝端較高於該蒸發端。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的廢熱回收發電的熱電模組,其中,該些熱電晶片貼合於該熱面鋁板上對應於各個熱管的冷凝端的位置。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的廢熱回收發電的熱電模組,其 中,該些熱管採用鰭片式熱管。
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