專利名稱：大管徑高溫煙道煙氣余熱半導體溫差發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種大管徑高溫煙道煙氣余熱半導體溫差發(fā)電系統(tǒng)，應用于各種管道的髙溫煙 氣余熱回收，屬于節(jié)能技術(shù)領域。
背景技術(shù)：
目前，公知的煙氣余熱回收多采用換熱器加熱空氣、水等方法進行熱能回收，是屬于低品 位能量回收技術(shù)。而采用半導體溫差發(fā)電技術(shù)，則是利用煙氣與冷端的溫差，直接產(chǎn)生高品位 的電能加以利用，是一種新的高品位能量回收節(jié)能技術(shù)。由于高溫煙道的尺寸大小不一，在專 利《一種半導體溫差發(fā)電裝置》(專利號200720047891.1)所設計的結(jié)構(gòu)中，不能對內(nèi)部煙 氣的余熱進行回收，回收的效率低。在專利《管道式余熱回收半導體溫差發(fā)電方法及裝置》(專 利號200810021366. 1 )中所設計的輪轂式集熱系統(tǒng)本質(zhì)上僅對煙道外壁布置溫差發(fā)電元件， 是通過消耗大量金屬材料，將煙氣中的熱量通過導熱的形式傳給壁面，這種設計對內(nèi)部煙氣熱 量的回收并不充分；同時這種設計流阻較大，溫差發(fā)電元件產(chǎn)生的電力甚至不足以維持流阻消 耗的能量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種針對大管徑的，可以充分利用煙氣余熱，高換熱效率的大管徑高 溫煙道煙氣余熱半導體溫差發(fā)電系統(tǒng)。
技術(shù)方案
一種大管徑高溫煙道煙氣余熱半導體溫差發(fā)電系統(tǒng)，包括熱電轉(zhuǎn)換模塊以及電池或負載，其特 征上述熱電轉(zhuǎn)換模塊具體組成如下布置于管道外壁的單面受熱式半導體溫差發(fā)電模塊，其與 管道外壁貼合面為受熱面，另一面為冷卻面；沿流線方向布置于管道內(nèi)的陣列排布的雙面受熱 式半導體溫差發(fā)電模塊，該模塊內(nèi)部為冷卻通道，外周與高溫煙氣接觸的為受熱面；該內(nèi)部冷卻通道釆用水冷或空氣冷卻方式；由于安裝陣列排布的雙面受熱式半導體溫差發(fā)電模塊，f吏管 道內(nèi)部形成堵塞，堵塞比在O. 2-0. 3。
上述雙面受熱式半導體溫差發(fā)電模塊內(nèi)部可以設有折流板，使冷卻水從一端進入內(nèi)部，經(jīng) 過折流板繞到另一端流出，這樣可以增大冷卻換熱面積。
上述雙面受熱式半導體溫差發(fā)電模塊整體結(jié)構(gòu)可以釆用流線形，其頭尾可以采用MCA翼 型結(jié)構(gòu)。在煙氣流經(jīng)內(nèi)部溫差發(fā)單元結(jié)構(gòu)體時，會產(chǎn)生局部阻力和沿程阻力。通過這種結(jié)構(gòu)設 計，這種流線型結(jié)構(gòu)可以有效抑制附面層的分離，從而減少流動阻力。
上述堵塞比的確定方式內(nèi)部溫差發(fā)電單元結(jié)構(gòu)體排列的密度有一定的標準，若是太密， 則壓力損失過大，若太稀疏，則換熱不夠充分。同時，煙氣的壓降還與溫差發(fā)點單元的幾何外 形、煙氣的流速、溫差發(fā)電單元橫向布置的長度、煙氣的密度及粘度有關。對上述參數(shù)經(jīng)過研 究得出無量綱參數(shù)歐拉數(shù)Eu、雷諾數(shù)Re與阻塞比的關系，阻塞比優(yōu)選范圍為0. 2-0. 3。
上述雙面受熱式半導體溫差發(fā)電模塊的內(nèi)部冷卻通道內(nèi)可以設置強化冷卻肋片結(jié)構(gòu)。強化 冷卻肋片的高度、間距可根據(jù)半導體溫差發(fā)電單元的大小進行設計，達到最優(yōu)化的效果。上述 雙面受熱式半導體溫差發(fā)電模塊的外部受熱面也可以增加沿流向方向的強化換熱肋片。
上述管道內(nèi)陣列排布的雙面受熱式半導體溫差發(fā)電模塊，其所述陣列形式為平行型或網(wǎng)格 型。煙道的內(nèi)部可根據(jù)不同尺寸選擇不同的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，對于小尺寸的煙道，可采用橫向排布， 對與較大尺寸的煙道，為了充分換熱，采用橫向加縱向排布的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。通過這種布置形式， 使換熱器布置緊湊，換熱效率高，降溫效果好。
上述雙面受熱式半導體溫差發(fā)電模塊內(nèi)部冷卻可采用逆流的形式，即冷卻水從煙道末端的 溫差發(fā)電模塊進入，在煙道前端的溫差發(fā)電模塊流出。這種循環(huán)方式使平均溫差加大，換熱效 果更好，溫差發(fā)電的功率和效率得到提升。


圖1本系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2本系統(tǒng)的雙面受熱式半導體溫差發(fā)電模塊結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3本系統(tǒng)雙面受熱式半導體溫差發(fā)電模塊陣列排布方式示意圖。 圖4本發(fā)明系統(tǒng)中歐拉數(shù)Eu、雷諾數(shù)Re與阻塞比的關系。 圖5本發(fā)明系統(tǒng)中強化肋高度與換熱效率的關系。圖1圖2中標號名稱，1.雙面受熱式半導體溫差發(fā)電模塊，2.單面受熱式半導體溫差發(fā) 電模塊，3.煙道，4.冷卻進口， 5.冷卻出口， 6.強化冷卻肋片，7.折流板，8.機翼形 狀的前后端，9.雙半導體溫差發(fā)電元件，10.冷卻通道。
具體實施例方式
如圖1圖2圖3所示，本發(fā)明由煙道內(nèi)部的雙面受熱式半導體溫差發(fā)電模塊l、冷卻管道 組成。煙道中的高溫煙氣流經(jīng)煙道內(nèi)部的雙面受熱式半導體溫差發(fā)電模塊1冷卻，以對流的方 式將熱量傳給雙面受熱式半導體溫差發(fā)電模塊l的熱端結(jié)構(gòu)和煙道3，然后這部分熱量通過導 熱的形式傳給雙面受熱式半導體溫差發(fā)電模塊l的冷端。冷卻水或冷卻空氣則通過冷卻進口 4 進入冷卻通道IO，在強化冷卻肋片6的作用下，加大了換熱面積，從而增大了對溫差發(fā)電元 件另一面的冷卻效率。于是，在溫差發(fā)電元件兩端產(chǎn)生了較大的溫差，通過回路產(chǎn)生電壓和電 流，此外熱量又以導熱的方式從雙面受熱式半導體溫差發(fā)電模塊的熱面?zhèn)鹘o冷面，進而達到了 降低煙氣溫度的目的。
內(nèi)部溫差發(fā)電單元結(jié)構(gòu)體采用雙面熱端結(jié)構(gòu)，中間為冷卻通道IO，在一個單獨的溫差發(fā) 電單元體中，冷卻進口 4的冷卻水通過折流板7繞流到另一側(cè)排出，然后進入下一個溫差發(fā)電 單元體中，整個系統(tǒng)由多個溫差發(fā)電單元體組成，冷卻水流經(jīng)每個溫差發(fā)電單元，吸收煙氣熱 量，溫度逐漸提升，冷卻水進出可以采用逆流的形式，從煙道末端的溫差發(fā)電單元體進入，在 煙道前端的溫差發(fā)電單元體流出，這種循環(huán)方式使平均溫差加大，換熱效果更好，溫差發(fā)電的 功率和效率得到提升。
對于外部溫差發(fā)電單元結(jié)構(gòu)體，煙氣的熱量通過煙道3傳給溫差發(fā)電元件的熱端，冷端可 以采用水冷或風冷的形式。
如圖4所示。內(nèi)部溫差發(fā)電單元結(jié)構(gòu)體排列的密度有一定的標準，若是太密，則壓力損失 過大，若太稀疏，則換熱不夠充分。同時，煙氣的壓降還與溫差發(fā)點單元的幾何外形、煙氣的 流速、溫差發(fā)電單元橫向布置的長度、煙氣的密度及粘度有關。為了便于表示各個因素之間與 壓降的關系，我們通常用無量綱的方法來表示。如圖4, ^/4)為阻塞比。壓降Ap為歐拉數(shù) Eu的函數(shù)。
強化冷卻肋片6的高度與效率之間的關系如圖5所示。內(nèi)部溫差發(fā)電單元結(jié)構(gòu)體中的冷卻 通道內(nèi)部也包括強化冷卻肋片，其高度、間距可根據(jù)半導體溫差發(fā)電單元的大小進行設計，達 到最優(yōu)化的效果。
權(quán)利要求
1、一種大管徑高溫煙道煙氣余熱半導體溫差發(fā)電系統(tǒng)，包括熱電轉(zhuǎn)換模塊以及電池或負載，其特征上述熱電轉(zhuǎn)換模塊具體組成如下布置于管道外壁的單面受熱式半導體溫差發(fā)電模塊(2)，其與管道外壁貼合面為受熱面，另一面為冷卻面；沿流線方向布置于管道內(nèi)的陣列排布的雙面受熱式半導體溫差發(fā)電模塊(1)，該模塊內(nèi)部為冷卻通道(10)，外周與高溫煙氣接觸的面為受熱面；該內(nèi)部冷卻通道(10)采用水冷或空氣冷卻方式；由于安裝陣列排布的雙面受熱式半導體溫差發(fā)電模塊(1)，使管道內(nèi)部形成堵塞，堵塞比在0.2-0.3。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的大管徑高溫煙道煙氣余熱半導體溫差發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于 上述雙面受熱式半導體溫差發(fā)電模塊(1)內(nèi)部設有折流板(7)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的大管徑高溫煙道煙氣余熱半導體溫差發(fā)電系統(tǒng)，其恃征在于 上述雙面受熱式半導體溫差發(fā)電模塊(l)整體結(jié)構(gòu)采用流線形，其頭尾釆用NACA翼型結(jié)構(gòu)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的大管徑高溫煙道煙氣余熱半導體溫差發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于 雙面受熱式半導體溫差發(fā)電模塊(l)的內(nèi)部冷卻通道U0)內(nèi)具有強化冷卻肋片(6)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的大管徑高溫煙道煙氣余熱半導體溫差發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于 上述雙面受熱式半導體溫差發(fā)電模塊(l)的外部受熱面具有沿煙氣流向方向的強化換熱肋片。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的大管徑高溫煙道煙氣余熱半導體溫差發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于 上述管道內(nèi)陣列排布的雙面受熱式半導體溫差發(fā)電模塊(l)，其所述陣列形式為平行型或網(wǎng)格型。
7、根據(jù)權(quán)利要求l所述的大管徑高溫煙道煙氣余熱半導體溫差發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于 所述多個雙面受熱式半導體溫差發(fā)電模塊(l)內(nèi)部冷卻采用逆流形式連接，即冷卻水從煙道末 端的溫差發(fā)電模塊進入，在煙道前端的溫差發(fā)電模塊流出。
全文摘要
一種大管徑高溫煙道煙氣余熱半導體溫差發(fā)電系統(tǒng)，屬于節(jié)能技術(shù)領域。包括熱電轉(zhuǎn)換模塊以及電池或負載，其特征上述熱電轉(zhuǎn)換模塊具體組成如下布置于管道外壁的單面受熱式半導體溫差發(fā)電模塊(2)，其與管道外壁貼合面為受熱面，另一面為冷卻面；沿流線方向布置于管道內(nèi)的陣列排布的雙面受熱式半導體溫差發(fā)電模塊(1)，該模塊內(nèi)部為冷卻通道(10)，外周與高溫煙氣接觸的面為受熱面；該內(nèi)部冷卻通道(10)采用水冷或空氣冷卻方式；由于安裝陣列排布的雙面受熱式半導體溫差發(fā)電模塊(1)，使管道內(nèi)部形成堵塞，堵塞比在0.2-0.3。本發(fā)明針對大管徑，可以充分利用煙氣余熱，換熱效率高。
文檔編號H02N11/00GK101527532SQ200910024648
公開日2009年9月9日 申請日期2009年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月25日
發(fā)明者林 梁, 白忠愷, 東 韓 申請人:南京航空航天大學