一種高效煙氣溫差發(fā)電裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高效煙氣溫差發(fā)電裝置和方法，屬于與余熱回收利用相結(jié)合的溫差發(fā)電領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著能源問(wèn)題和環(huán)境問(wèn)題的日益嚴(yán)重，如何在確保環(huán)境友好的前提下最大限度的提高能源的利用效率己成為世界各國(guó)普遍關(guān)注的問(wèn)題。天然氣作為一種優(yōu)質(zhì)、高效、清潔的能源，被廣泛應(yīng)用于國(guó)民生活與生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，如燃?xì)獠膳?、工業(yè)加熱等。天然氣的快速發(fā)展，對(duì)其熱能的高效利用已成為行業(yè)優(yōu)先考慮的問(wèn)題。目前燃?xì)獠膳O(shè)備排煙溫度在150_250°C左右，工業(yè)加熱設(shè)備排煙溫度更高，造成能量的浪費(fèi)。半導(dǎo)體溫差發(fā)電器利用溫差將熱能直接轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)化裝置，其無(wú)化學(xué)反應(yīng)且無(wú)機(jī)械移動(dòng)部件，因而具有無(wú)噪聲、無(wú)污染、無(wú)磨損且小巧輕便、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，利用溫差發(fā)電器回收煙氣中的熱能進(jìn)行發(fā)電能夠提高能量的利用效率以及能量的品質(zhì)。
[0003]傳統(tǒng)的溫差發(fā)電裝置利用換熱通道將煙氣中的熱量傳遞給溫差發(fā)電器的熱端，但是由于單純的氣體對(duì)流換熱系數(shù)很低，只有10_100W/m2K，造成溫差發(fā)電器的熱端與煙氣之間存在較大的溫差，溫差發(fā)電片冷熱端溫差較小，制約著溫差發(fā)電片的輸出功率以及轉(zhuǎn)換效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種高效煙氣溫差發(fā)電裝置和方法。它是對(duì)普通煙氣溫差發(fā)電器的改進(jìn)。本發(fā)明能夠有效提高煙氣與換熱通道之間的換熱系數(shù)，提高溫差發(fā)電片熱端溫度，使溫差發(fā)電器的輸出功率與轉(zhuǎn)換效率得到提高，單位長(zhǎng)度溫差發(fā)電器發(fā)電量增加，在此基礎(chǔ)上，能夠減少溫差發(fā)電器的長(zhǎng)度以及體積，減少了生產(chǎn)成本。本發(fā)明提供了一種簡(jiǎn)便易行、應(yīng)用廣泛的提高燃?xì)鉄煔鉁夭畎l(fā)電性能的方法。
[0005]本發(fā)明提供的一種高效煙氣溫差發(fā)電裝置包括進(jìn)氣管、儲(chǔ)液罐、出氣管、煙氣溫差發(fā)電器、集液管、集液器以及回流管。儲(chǔ)液罐是一個(gè)密封的罐體(或箱體)，其中盛放足量的水，進(jìn)氣管深入儲(chǔ)液罐底部，管口要沒(méi)入儲(chǔ)液罐的水中，在儲(chǔ)液罐上部開(kāi)口連接出氣管，出氣管與溫差發(fā)電器的換熱通道相連，在溫差發(fā)電器的換熱通道的底部，每片溫差發(fā)電片對(duì)應(yīng)的底部均開(kāi)設(shè)一個(gè)小孔，每個(gè)小孔均連接一根集液管，集液管與集液罐頂部連接，集液罐是一個(gè)密封的罐體(或箱體)，集液罐底部開(kāi)口與回流管連接，回流管最終與儲(chǔ)液罐底部連接。此外，儲(chǔ)液罐與集液罐安裝高度要稍低于煙氣溫差發(fā)電器，并且溫差發(fā)電器底部應(yīng)高于儲(chǔ)液罐與集液罐中的水位高度，防止水回流到煙氣溫差發(fā)電器的換熱通道中。
[0006]本發(fā)明提供的一種高效煙氣溫差發(fā)電裝置的運(yùn)行方法包括的步驟:儲(chǔ)液罐內(nèi)裝有一定量(儲(chǔ)液罐體積的1/2-2/3)的純水，高溫?zé)煔馐紫韧ㄟ^(guò)進(jìn)氣管進(jìn)入儲(chǔ)液罐內(nèi)與罐內(nèi)水充分接觸，高溫?zé)煔馀c純水充分混合，將會(huì)變成溫度較低的低溫飽和煙氣，低溫飽和煙氣通過(guò)儲(chǔ)液罐的出氣管進(jìn)入溫差發(fā)電器，在溫差發(fā)電器中，低溫飽和煙氣在換熱通道中會(huì)發(fā)生冷凝放熱，其換熱系數(shù)能夠提高很多，最終，使溫差發(fā)電器的熱端溫度得到提高，發(fā)電量增大。溫差發(fā)電器換熱通道內(nèi)冷凝產(chǎn)生的水由溫差發(fā)電器底部經(jīng)集液管流入集液器，由于集液器與儲(chǔ)液罐用回流管聯(lián)通，收集到的冷凝水回流到儲(chǔ)液罐中，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。
[0007]本發(fā)明具有普遍適用性，不僅適用于普通換熱通道下的溫差發(fā)電器裝置，也適用于換熱通道帶強(qiáng)化換熱部件的溫差發(fā)電裝置。本發(fā)明利用水蒸氣凝結(jié)換熱系數(shù)較大以及汽化潛熱巨大的特點(diǎn)，將煙氣中的部分能量轉(zhuǎn)移水蒸氣中，通過(guò)提高煙氣中水蒸氣的含量，以提高煙氣的對(duì)流換熱系數(shù)，從而有效提高煙氣溫差發(fā)電器熱端溫度，提高溫差發(fā)電器的發(fā)電效率以及發(fā)電密度，此外由于飽和濕煙氣比熱容的增大，單位長(zhǎng)度溫差發(fā)電器的發(fā)電量增大，從而達(dá)到節(jié)約溫差發(fā)電器的用料，節(jié)約生產(chǎn)成本的目的。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1為一種高效煙氣溫差發(fā)電裝置的示意圖。
[0009]圖2為傳統(tǒng)的煙氣溫差發(fā)電器原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]以下參照附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的內(nèi)容、特點(diǎn)及功效。
[0011]如圖1所示，本發(fā)明提供的一種高效煙氣溫差發(fā)電裝置包括進(jìn)氣管1、儲(chǔ)液罐2、出氣管3、煙氣溫差發(fā)電器4、集液管5、集液器6以及回流管7。儲(chǔ)液罐2是一個(gè)密封的罐體(或箱體)，其中盛放足量(儲(chǔ)液罐體積的1/2-2/3)的水，進(jìn)氣管I深入儲(chǔ)液罐2底部，管口要沒(méi)入儲(chǔ)液罐2的水中，在儲(chǔ)液罐2上部開(kāi)口連接出氣管3，出氣管3與煙氣溫差發(fā)電器4的換熱通道相連，在煙氣溫差發(fā)電器4的換熱通道的底部，每片溫差發(fā)電片對(duì)應(yīng)的底部均開(kāi)設(shè)一個(gè)小孔，每個(gè)小孔均連接一根集液管5，集液管5與集液罐6頂部連接，集液罐6是一個(gè)密封的罐體(或箱體)，集液罐6底部開(kāi)口與回流管7連接，回流管7最終與儲(chǔ)液罐2底部連接。此外，儲(chǔ)液罐2與集液罐6安裝高度要稍低于煙氣溫差發(fā)電器4，并且溫差發(fā)電器4底部應(yīng)高于儲(chǔ)液罐2與集液罐6中的水位高度，方便煙氣溫差發(fā)電器4換熱通道中的凝結(jié)水順利流向集液罐6。
[0012]普通煙氣溫差發(fā)電器如圖2所示，包括煙氣進(jìn)口通道21，煙氣出口通道22，煙氣換熱通道27，冷卻流體進(jìn)口通道23，冷卻流體出口通道24，冷流體換熱器25以及半導(dǎo)體溫差發(fā)電片26。普通煙氣溫差發(fā)電器依靠煙氣與冷流體的溫差進(jìn)行發(fā)電，具體過(guò)程如下:高溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)煙氣進(jìn)口通道21進(jìn)入煙氣換熱通道27，在煙氣換熱通道27中高溫?zé)煔鈱崃總鬟f給溫差發(fā)電片26的熱端而變?yōu)榈蜏責(zé)煔庥蔁煔獬隹谕ǖ?2排出，在溫差發(fā)電片26中，一部分熱量轉(zhuǎn)變成電能，剩余的熱量被冷流體換熱器25中的冷流體吸收，冷流體可以是冷空氣也可以是冷水。但是由于高溫?zé)煔馀c煙氣換熱通道27之間的換熱系數(shù)一般較低，造成高溫?zé)煔馀c溫差發(fā)電片26的熱端之間存在較大的熱阻，實(shí)際溫差發(fā)電片26的熱端溫度要遠(yuǎn)低于高溫?zé)煔獾臏囟?，造成發(fā)電量與發(fā)電效率較低。
[0013]本發(fā)明將高溫?zé)煔馐紫韧ㄟ^(guò)進(jìn)氣管I通入儲(chǔ)液罐2內(nèi)，使其與罐內(nèi)水充分接觸，高溫?zé)煔庵械牟糠譄崃總鬟f給水，使部分水氣化變成水蒸氣，此時(shí)高溫?zé)煔獾臏囟冉档停珶煔庵兴魵夂繉?huì)增加，最終，未飽和的煙氣將變成溫度較低的飽和濕煙氣通過(guò)進(jìn)氣管3進(jìn)入溫差發(fā)電器4的煙氣換熱通道27中。在煙氣換熱通道27中，低溫飽和濕煙氣遇冷將會(huì)發(fā)生水蒸氣的冷凝，飽和濕煙氣在煙氣換熱通道27中的換熱系數(shù)要比原高溫?zé)煔獯蟮枚?，因此，低溫飽和濕煙氣與溫差發(fā)電片26熱端之間的熱阻將會(huì)降低，溫差發(fā)電片26的熱端溫度更接近低溫飽和濕煙氣的溫度，雖然此時(shí)飽和濕煙氣的溫度不如原高溫?zé)煔獾臏囟雀?，但是換熱系數(shù)的提高使得溫差發(fā)電片26的熱端溫度依然高于原方法，溫差發(fā)電片26的冷熱端溫差增大，發(fā)電量與發(fā)電效率將會(huì)增大。煙氣換熱通道27中由于低溫飽和濕煙氣中水蒸氣的冷凝，在煙氣換熱通道27中將會(huì)出現(xiàn)冷凝水，通過(guò)集液管5將冷凝水收集到集液罐6中，最后集液罐6中的冷凝水回流到儲(chǔ)液罐2中完成循環(huán)。
[0014]此外，由于飽和濕煙氣的比熱較非飽和濕煙氣的比熱大，降低相同的溫度，飽和濕空氣釋放出更多的熱量，因此單位面積溫差發(fā)電器的發(fā)電量增大，相同的溫差發(fā)電器將會(huì)進(jìn)一步降低煙氣的溫度，煙氣余熱的總體利用率提高，發(fā)電量增大，發(fā)電效率增大。
[0015]本發(fā)明同樣適用于換熱通道采取了強(qiáng)化換熱方式的溫差發(fā)電器，因?yàn)楸景l(fā)明是改變溫差發(fā)電器進(jìn)氣的狀態(tài)，對(duì)于能夠強(qiáng)化煙氣對(duì)流換熱的通道，同樣可以強(qiáng)化飽和濕煙氣的換熱效果，因此本發(fā)明具有普遍適用性。
[0016]本發(fā)明不僅適用于回收燃?xì)鉄煔庥酂岬臏夭畎l(fā)電器，也適用于含濕量較大的任何形式下的尾氣，如濕度含量較大的煤、生物質(zhì)燃料產(chǎn)生的煙氣，其煙氣中水蒸氣含量較大，也可利用本發(fā)明提高煙氣對(duì)流換熱系數(shù)，提高溫差發(fā)電器性能。
[0017]盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實(shí)施方式】，上述的【具體實(shí)施方式】?jī)H僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以作出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高效煙氣溫差發(fā)電裝置，其特征在于它包括進(jìn)氣管、儲(chǔ)液罐、出氣管、煙氣溫差發(fā)電器、集液管、集液器以及回流管;進(jìn)氣管管口深入儲(chǔ)液罐的水中，儲(chǔ)液罐頂部連接出氣管一端，出氣管的另一端與溫差發(fā)電器的換熱通道相連；換熱通道底部設(shè)小孔，小孔對(duì)應(yīng)溫差發(fā)電器的溫差發(fā)電片;每個(gè)小孔均連接集液管，集液管與集液罐頂部連接;集液罐底部設(shè)回流管，回流管連通儲(chǔ)液罐;儲(chǔ)液罐與集液罐密封。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述的進(jìn)氣管深入儲(chǔ)液罐的底部。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述的儲(chǔ)液罐與集液罐安裝高度要稍低于煙氣溫差發(fā)電器，溫差發(fā)電器底部應(yīng)高于儲(chǔ)液罐與集液罐中的水位高度。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述的儲(chǔ)液罐的水的體積為儲(chǔ)液罐體積I/2-2/3 ο5.權(quán)利要求1所述的一種高效煙氣溫差發(fā)電裝置運(yùn)行的方法，其特征在于包括的步驟: 1)儲(chǔ)液罐2內(nèi)裝有儲(chǔ)液罐體積的1/2-2/3的純水，高溫?zé)煔馐紫韧ㄟ^(guò)進(jìn)氣管進(jìn)入儲(chǔ)液罐內(nèi)與罐內(nèi)水充分接觸，高溫?zé)煔馀c純水充分混合，變成溫度較低的低溫飽和煙氣； 2)低溫飽和煙氣通過(guò)儲(chǔ)液罐的出氣管進(jìn)入溫差發(fā)電器，在溫差發(fā)電器中，低溫飽和煙氣在換熱通道中會(huì)發(fā)生冷凝放熱，使溫差發(fā)電器的熱端溫度得到提高； 3)溫差發(fā)電器換熱通道內(nèi)冷凝產(chǎn)生的水由溫差發(fā)電器底部經(jīng)集液管流入集液器，收集到的冷凝水回流到儲(chǔ)液罐中，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種高效煙氣溫差發(fā)電裝置和方法。它包括進(jìn)氣管、儲(chǔ)液罐、出氣管、煙氣溫差發(fā)電器、集液管、集液器以及回流管。儲(chǔ)液罐中盛放足量的水，進(jìn)氣管深入儲(chǔ)液罐底部，管口沒(méi)入儲(chǔ)液罐的水中，出氣管與溫差發(fā)電器的換熱通道相連，在溫差發(fā)電器的換熱通道的底部連接集液管，集液管與集液罐頂部連接，集液罐底部開(kāi)口與回流管連接，回流管最終與儲(chǔ)液罐底部連接。本發(fā)明能夠有效提高煙氣與換熱通道之間的換熱系數(shù)，使溫差發(fā)電器的輸出功率與轉(zhuǎn)換效率均得到提高。
【IPC分類】H02N11/00, F23J15/06
【公開(kāi)號(hào)】CN105529958
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610081591
【發(fā)明人】葛明慧, 劉聯(lián)勝, 陳占秀
【申請(qǐng)人】河北工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年4月27日
【申請(qǐng)日】2016年2月5日