專利名稱：低溫?zé)煔鉁夭畎l(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石油化工、煤化工加熱爐使用的發(fā)電裝置，特別涉及一種低溫?zé)?氣溫差發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
目前，為了節(jié)能的需要，石油化工管式加熱爐已經(jīng)廣泛應(yīng)用了空氣預(yù)熱系統(tǒng)，使 加熱爐的排煙溫度有所降低。按加熱爐的熱效率平均90%計(jì)算，排向大氣的煙氣溫度有 160 180°C。目前，對(duì)這些低品位的熱能，還沒有更好的回收方法。其中，進(jìn)一步降低排煙 溫度的方法有兩種方法，一種方法是繼續(xù)預(yù)熱空氣，這受到經(jīng)濟(jì)方面的限制。隨著排煙溫度 的降低，煙氣余熱回收系統(tǒng)的末端溫差越來越小，傳熱效果也越來越差，回收余熱的換熱面 積也就越來越大，一次投資迅速增加。另一種方法是用低品位的煙氣熱能加熱冷水，這除了 也要面臨上述問題外，還存在低品位的熱水在石油化工企業(yè)無處使用的難題。溫差發(fā)電技 術(shù)是近些年出現(xiàn)的一種熱能向電能直接轉(zhuǎn)化的方法，對(duì)開發(fā)利用低品位熱能有重大的現(xiàn)實(shí)意義。 中國專利ZL200820221509. 9介紹了一種溫差發(fā)電裝置，具體地說是涉及一種利 用余熱溫差發(fā)電裝置，其包括吸熱板、半導(dǎo)體制冷組件和散熱板，吸熱板和散熱板附著在半 導(dǎo)體制冷組件的兩側(cè)，半導(dǎo)體制冷組件兩個(gè)極接有導(dǎo)線，半導(dǎo)體制冷組件是若干個(gè)半導(dǎo)體 制冷件電串連或并聯(lián)接導(dǎo)線而成，這樣的余熱發(fā)電裝置具有使用方便、容易維修的特點(diǎn)。但 該專利的半導(dǎo)體制冷組件需要耗費(fèi)額外的能耗，這不但使溫差發(fā)電裝置的系統(tǒng)復(fù)雜化，也 大大降低了發(fā)電的總效率。此外該專利的導(dǎo)熱元件為簡(jiǎn)單的平板狀，當(dāng)發(fā)電功率較大時(shí)，必 然會(huì)導(dǎo)致發(fā)熱面溫度急劇上升，使兩邊溫差縮小，導(dǎo)致半導(dǎo)體元件損毀。中國專利ZL 200810220647. X公開了一種溫差發(fā)電熱管，其包括一熱管，該熱管 的底段為熱段，頂段為冷段，熱段和冷段之間為中段；此外，所述熱管其熱段的外壁及端頭 設(shè)有保溫封閉層而構(gòu)成溫差發(fā)電熱管的溫差段，所述保溫封閉層至少有部分由半導(dǎo)體溫差 發(fā)電片構(gòu)成，所述半導(dǎo)體溫差發(fā)電片的一面以熱傳導(dǎo)形式包裹封閉在熱段的外面；所述各 半導(dǎo)體溫差發(fā)電片之間以串聯(lián)和/或并聯(lián)的方式連接。本專利還公開了一種使用上述溫差 發(fā)電熱管的溫差發(fā)電裝置。本專利利用熱管作為溫差發(fā)電片的導(dǎo)熱、散熱裝置，解決了溫差 發(fā)電中溫差發(fā)電片冷熱兩面難以形成比較高且比較穩(wěn)定溫差的問題以及冷端散熱不快的 問題，有效提高了溫差發(fā)電器件的熱電轉(zhuǎn)換效率，并為余熱多級(jí)利用奠定了基礎(chǔ)。該專利的 溫差發(fā)電熱管結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，這給制造帶來了困難。第二，它的溫差發(fā)電片直接與熱介質(zhì)接 觸，容易受到污染。第三，由于溫差發(fā)電片是通過集熱保溫套與熱管傳熱，這也增加了傳熱 熱阻，從而降低發(fā)電效率。第四，該裝置的單根熱管若出現(xiàn)失效，溫差發(fā)電片的熱量就散不 出去，就會(huì)導(dǎo)致溫差發(fā)電片兩邊溫差縮小，導(dǎo)致半導(dǎo)體元件燒毀。中國專利ZL 200820041939. 2提供了一種管道式余熱回收半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置。 該專利是管道式余熱回收半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置，導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊夾在管道式集熱器與套 管式散熱器間，輪毅式集熱器緊貼于半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊內(nèi)側(cè)的熱面，套管式散熱器緊貼于半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊外側(cè)的冷面，輪毅式集熱器、套管式散熱器與半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊 分別以導(dǎo)熱膠粘貼結(jié)合。發(fā)電是散發(fā)余熱的氣態(tài)或液態(tài)熱源通過輪毅式集熱器的通道傳遞 到半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊熱面；套管式散熱器布置在半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊外側(cè)的冷面，將冷 面冷卻到比熱面低得多的溫度，在半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊的兩端面產(chǎn)生電勢(shì)差，經(jīng)穩(wěn)壓、交直 流轉(zhuǎn)換輸出作為電源使用。該專利同樣需要在套管式散熱器的套管中間通入冷卻介質(zhì)進(jìn)行 強(qiáng)制冷卻。這就增加了額外的能源消耗，降低了發(fā)電的總效率。中國專利ZL200910024648. 1提供了一種大管徑高溫?zé)煹罒煔庥酂岚雽?dǎo)體溫差發(fā) 電系統(tǒng)，其包括熱電轉(zhuǎn)換模塊以及電池或負(fù)載，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(dǎo)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(dǎo)體溫差發(fā)電模塊，該模塊內(nèi)部 為冷卻通道，外周與高溫?zé)煔饨佑|的面為受熱面；該內(nèi)部冷卻通道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(dǎo)體溫差發(fā)電模塊，使管道內(nèi)部形成堵塞，堵塞比在 0. 2 0. 3。該專利的半導(dǎo)體強(qiáng)制冷卻肋片結(jié)構(gòu)，需要耗費(fèi)額外的水冷或空氣冷卻能耗，這 會(huì)不但使溫差發(fā)電裝置的系統(tǒng)復(fù)雜化，容易出現(xiàn)冷卻介質(zhì)泄露，也大大降低了發(fā)電的總效 率。但是，目前的溫差發(fā)電裝置技術(shù)，為了保持半導(dǎo)體兩端的溫差，都需要采用專用的 冷卻系統(tǒng)，這就增加了額外的能耗，降低了發(fā)電的總效率，所以溫差發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用受到了 一定的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種低溫?zé)煔鉁夭畎l(fā)電裝置，其是利用加熱爐 空氣預(yù)熱器排向煙 的低品位煙氣，通過低溫?zé)煔鉁夭畎l(fā)電裝置，將其部分直接轉(zhuǎn)換成有 用的電能。為解決所述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種低溫?zé)煔鉁夭畎l(fā)電裝置，其特征在于，其 包括空氣出口段、常溫?zé)峁?、散熱?dǎo)板、半導(dǎo)體溫差模塊、空氣殼體、空氣入口段、煙氣入口 段、低溫?zé)峁?、煙氣殼體、集熱導(dǎo)板、煙氣出口段和導(dǎo)線，散熱導(dǎo)板和集熱導(dǎo)板分別位于半導(dǎo) 體溫差模塊的相對(duì)兩側(cè)，常溫?zé)峁芪挥谏釋?dǎo)板的上方，空氣出口段和空氣入口段分別位 于空氣殼體的兩端，低溫?zé)峁芪挥诩療釋?dǎo)板的下方，煙氣入口段和煙氣出口段分別位于煙 氣殼體的相對(duì)兩側(cè)，半導(dǎo)體發(fā)電模塊與導(dǎo)線連接。優(yōu)選地，所述集熱導(dǎo)板與半導(dǎo)體溫差模塊之間采用導(dǎo)熱膠粘接或釬焊焊接。優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體發(fā)電模塊和散熱導(dǎo)板之間采用導(dǎo)熱膠粘接或釬焊焊接。本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于本發(fā)明采用熱管散熱和集熱導(dǎo)板，可保證高效的吸 熱和散熱，確保半導(dǎo)體兩端的溫差。冷卻方式采用空氣進(jìn)行冷卻，被加熱的空氣供空氣預(yù)熱 器使用，這不但節(jié)約了額外的冷卻能量，還提高了空氣預(yù)熱器的熱效率，也提高了熱電轉(zhuǎn)換 效率。


圖1為本發(fā)明低溫?zé)煔鉁夭畎l(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明低溫?zé)煔鉁夭畎l(fā)電裝置具體應(yīng)用時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面舉個(gè)較佳實(shí)施例，并結(jié)合附圖來更清楚完整地說明本發(fā)明。溫差發(fā)電技術(shù)就是利用兩種連接起來的導(dǎo)電體或者半導(dǎo)體的塞貝克效應(yīng) (Seebeck Eiffct)，將熱能轉(zhuǎn)換成電能的一種技術(shù)。它由兩種不同類型的半導(dǎo)體構(gòu)成的回 路，當(dāng)裝置的一端處于高溫狀態(tài)，另一端置于低溫狀態(tài)下，就會(huì)在回路中形成電動(dòng)勢(shì)的公式 如下ε = α s (T2-T1)........................................................
.............(1)公式(1)中T1為低溫端溫度，T2為高溫端溫度，α s為所用熱電轉(zhuǎn)換材料的塞貝 克系數(shù)。在應(yīng)用時(shí)把多個(gè)PN結(jié)串聯(lián)起來，就構(gòu)成一個(gè)熱電轉(zhuǎn)換模塊。如圖1所示，本發(fā)明低溫?zé)煔鉁夭畎l(fā)電裝置包括空氣出口段1、常溫?zé)峁?、散熱導(dǎo) 板3、半導(dǎo)體溫差模塊4、空氣殼體5、空氣入口段6、煙氣入口段7、低溫?zé)峁?、煙氣殼體9、 集熱導(dǎo)板10、煙氣出口段11和導(dǎo)線12，散熱導(dǎo)板3和集熱導(dǎo)板10分別位于半導(dǎo)體溫差模 塊4的相對(duì)兩側(cè)，常溫?zé)峁?位于散熱導(dǎo)板3的上方，空氣出口段1和空氣入口段6分別位 于空氣殼體5的兩端，低溫?zé)峁?位于集熱導(dǎo)板10的下方，煙氣入口段7和煙氣出口段11 分別位于煙氣殼體9的相對(duì)兩側(cè)，半導(dǎo)體發(fā)電模塊4與導(dǎo)線12連接。如圖2所示，低溫?zé)煔鉁夭畎l(fā)電裝置21與鼓風(fēng)機(jī)22、引風(fēng)機(jī)23、煙囪24、空氣預(yù)熱 器25連接。來自空氣預(yù)熱器末端的低溫?zé)煔?140 180°C)，經(jīng)過引風(fēng)機(jī)，進(jìn)入煙氣入口段7， 將熱量通過低溫?zé)峁?傳遞給集熱導(dǎo)板10，并通過集熱導(dǎo)板10傳遞給半導(dǎo)體溫差模塊4的 高溫端，使半導(dǎo)體溫差模塊4的高溫端保持100 120°C的溫度。換熱后的煙氣經(jīng)煙氣出口 段11排向煙囪。煙氣側(cè)的低溫?zé)峁転槟透g的石墨熱管，其工作介質(zhì)為水(也可是乙醇、 甲苯等)，它既有良好的耐腐蝕性能，也有很好的熱傳遞能力，使煙氣的熱量可以迅速傳遞 給集熱導(dǎo)板10和半導(dǎo)體溫差模塊4的高溫端。集熱導(dǎo)板10的材料為良導(dǎo)體，可以是銅、碳 鋼、鋁合金等。集熱導(dǎo)板10與半導(dǎo)體溫差模塊4的連接采用導(dǎo)熱膠粘接或釬焊焊接，導(dǎo)熱 膠為環(huán)氧樹脂銀粉導(dǎo)電膠，釬焊采用低溫釬焊技術(shù)。從鼓風(fēng)機(jī)來的常溫空氣(20°C左右)，首先進(jìn)入低溫?zé)煔鉁夭畎l(fā)電裝置的空氣入 口段6，通過常溫?zé)峁?使半導(dǎo)體發(fā)電模塊4的熱量傳遞給空氣，使空氣溫度升高(25 30°C)。空氣側(cè)的常溫?zé)峁?是銅-水熱管(也可是乙醇、甲苯等)，具有良好的常溫傳熱 效果。半導(dǎo)體發(fā)電模塊4和散熱導(dǎo)板3的連接采用導(dǎo)熱膠粘接或釬焊焊接。散熱導(dǎo)板3的 材料為良導(dǎo)體，可以是銅、碳鋼、鋁合金等，這樣可保證半導(dǎo)體發(fā)電模塊4的低溫端的溫度 不超過25 30°C。溫度升高后的空氣通過空氣出口段1進(jìn)入空氣預(yù)熱器的末端，進(jìn)一步被 預(yù)熱，進(jìn)入加熱爐的燃燒系統(tǒng)。在低溫?zé)煔鉁夭畎l(fā)電裝置中的半導(dǎo)體發(fā)電模塊4上就能產(chǎn)生100°C左右的溫差。 由于高溫端的熱激發(fā)作用較強(qiáng)，使此端的載流子濃度高于低溫端。在擴(kuò)散作用的驅(qū)動(dòng)下，載 流子由高溫端向低溫端擴(kuò)散，從而在低溫開路端形成電勢(shì)差，實(shí)現(xiàn)熱能向電能的直接轉(zhuǎn)化。 半導(dǎo)體發(fā)電模塊4產(chǎn)生的電流通過導(dǎo)線12經(jīng)過穩(wěn)壓和交直流轉(zhuǎn)換，就可帶動(dòng)負(fù)載工作。本發(fā)明低溫?zé)煔鉁夭畎l(fā)電裝置在空氣預(yù)熱器末端，利用冷空氣作為溫差發(fā)電裝置的低溫端。利用準(zhǔn)備排放到大氣中的低品位煙氣作為溫差發(fā)電裝置的高溫端。這樣，連接 高溫端和低溫端到導(dǎo)電體或半導(dǎo)體材料上，利用材料的塞貝克效應(yīng)，就可以將低品位熱能 轉(zhuǎn)換成電能。具體說，從空氣預(yù)熱器末端準(zhǔn)備排向煙囪的低品位煙氣(140 180°C )經(jīng)過 引風(fēng)機(jī)，進(jìn)入低溫?zé)煔鉁夭畎l(fā)電裝置的高溫段。通過熱管向半導(dǎo)體發(fā)電模塊放熱后排向煙 囪，使半導(dǎo)體發(fā)電模塊的一端達(dá)到100 120°C的溫度，形成高溫端。從鼓風(fēng)機(jī)來的常溫空 氣(20°C左右)，首先進(jìn)入低溫?zé)煔鉁夭畎l(fā)電裝置的低溫段，通過熱管使半導(dǎo)體發(fā)電模塊的 熱量傳給空氣，使空氣溫度升高(25 30°C )。溫度升高后的空氣進(jìn)入空氣預(yù)熱器的末端， 進(jìn)一步被預(yù)熱。半導(dǎo)體發(fā)電模塊的低溫端的溫度達(dá)到25 30°C，這樣，在低溫?zé)煔鉁夭畎l(fā) 電裝置的半導(dǎo)體發(fā)電模塊上就能產(chǎn)生100°C左右的溫差。由于高溫端的熱激發(fā)作用較強(qiáng)，使 此端的載流子濃度高于低溫端。在擴(kuò)散作用的驅(qū)動(dòng)下，載流子由高溫端向低溫端擴(kuò)散，從而 在低溫開路端形成電勢(shì)差，實(shí)現(xiàn)熱能向電能的直接轉(zhuǎn)化。本發(fā)明低溫?zé)煔鉁夭畎l(fā)電裝置采用空氣進(jìn)行冷卻，被加熱的空氣供空氣預(yù)熱器使 用，這不但節(jié)約了額外的冷卻能量，還提高了空氣預(yù)熱器的熱效率。本發(fā)明直接將低品位的 煙氣轉(zhuǎn)換成電能，提高了熱電轉(zhuǎn)換效率。雖然以上描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些 僅是舉例說明，在不背離本發(fā)明的原理和實(shí)質(zhì)的前提下，可以對(duì)這些實(shí)施方式做出多種變 更或修改。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍由所附權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
一種低溫?zé)煔鉁夭畎l(fā)電裝置，其特征在于，其包括空氣出口段、常溫?zé)峁?、散熱?dǎo)板、半導(dǎo)體溫差模塊、空氣殼體、空氣入口段、煙氣入口段、低溫?zé)峁?、煙氣殼體、集熱導(dǎo)板、煙氣出口段和導(dǎo)線，散熱導(dǎo)板和集熱導(dǎo)板分別位于半導(dǎo)體溫差模塊的相對(duì)兩側(cè)，常溫?zé)峁芪挥谏釋?dǎo)板的上方，空氣出口段和空氣入口段分別位于空氣殼體的兩端，低溫?zé)峁芪挥诩療釋?dǎo)板的下方，煙氣入口段和煙氣出口段分別位于煙氣殼體的相對(duì)兩側(cè)，半導(dǎo)體發(fā)電模塊與導(dǎo)線連接。
2.如權(quán)利要求1所述的低溫?zé)煔鉁夭畎l(fā)電裝置，其特征在于，所述集熱導(dǎo)板與半導(dǎo)體 溫差模塊之間采用導(dǎo)熱膠粘接或釬焊焊接。
3.如權(quán)利要求1所述的低溫?zé)煔鉁夭畎l(fā)電裝置，其特征在于，所述半導(dǎo)體發(fā)電模塊和 散熱導(dǎo)板之間采用導(dǎo)熱膠粘接或釬焊焊接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低溫?zé)煔鉁夭畎l(fā)電裝置，其包括空氣出口段、常溫?zé)峁?、散熱?dǎo)板、半導(dǎo)體溫差模塊、空氣殼體、空氣入口段、煙氣入口段、低溫?zé)峁?、煙氣殼體、集熱導(dǎo)板、煙氣出口段和導(dǎo)線，散熱導(dǎo)板和集熱導(dǎo)板分別位于半導(dǎo)體溫差模塊的相對(duì)兩側(cè)，常溫?zé)峁芪挥谏釋?dǎo)板的上方，空氣出口段和空氣入口段分別位于空氣殼體的兩端，低溫?zé)峁芪挥诩療釋?dǎo)板的下方，煙氣入口段和煙氣出口段分別位于煙氣殼體的相對(duì)兩側(cè)，半導(dǎo)體發(fā)電模塊與導(dǎo)線連接。本發(fā)明利用加熱爐空氣預(yù)熱器排向煙囪的低品位煙氣，通過低溫?zé)煔鉁夭畎l(fā)電裝置，將其部分直接轉(zhuǎn)換成有用的電能。
文檔編號(hào)H02N11/00GK101882898SQ20101018754
公開日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2010年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月28日
發(fā)明者王峰 申請(qǐng)人:王峰