一种热能梯级利用型的温差发电装置

摘要

本发明公开了一种热能梯级利用型的温差发电装置，包括燃烧室、燃烧器和烟道，在燃烧室的外壁设置有高温温差发电模块，在烟道外壁设置有中温温差发电模块，高温温差发电模块的外侧设置有冷却水套，冷却水套的出口与冷却水再热器连通，冷却水再热器出口通过冷却水管与低温温差发电模块的热端连通。本发明相比现有技术具有以下优点：本发明将高、中、低温三种不同的模块布置在同一个系统中的高温区、中温区、以及低温区，形成对于热源的梯级利用，从而使得整个温差发电系统的能量利用率以及效率得到较大提升。

权利要求

1.一种热能梯级利用型的温差发电装置，包括燃烧室、燃烧器和烟道，所述燃烧器设置在燃烧室内，所述烟道与燃烧室连通，其特征在于：在燃烧室的外壁设置有高温温差发电模块，所述高温温差发电模块的热端设置在燃烧室外壁一侧，所述高温温差发电模块的冷端设置在冷却水套一侧，所述烟道外壁设置有中温温差发电模块，所述中温温差发电模块的热端设置在烟道外壁一侧，所述中温温差发电模块的冷端设置在空气一侧，在所述高温温差发电模块的外侧设置有冷却水套，所述冷却水套的出口通过冷却水管与低温温差发电模块的热端连通，低温发电模块的冷端设置在空气侧。

2.如权利要求1所述一种热能梯级利用型的温差发电装置，其特征在于：所述高温温差发电模块选用PbTe型或PbSnTe型半导体材料制作；所述中温温差发电模块选用PbTe型半导体热电材料制作；所述低温温差发电模块选用Bi2Te3型半导体材料制作。

3.如权利要求2所述一种热能梯级利用型的温差发电装置，其特征在于：在冷却水套与低温温差发电模块之间的冷却水管道上还设置有冷却水再热器，所述冷却水再热器吊装在所述烟道内。

4.如权利要求1所述一种热能梯级利用型的温差发电装置，其特征在于：所述中温温差发电模块的冷端设置有散热翅片，所述低温温差发电模块的冷端也设置有散热翅片。

说明书

一种热能梯级利用型的温差发电装置

技术领域

[0001] 本发明涉及热能发电技术领域，尤其涉及的是一种多级利用的高效温差发电装置。

背景技术

[0002] 温差发电技术是指金属或者半导体在两端受热不均时，其中的载流子发生迁移，从而在其两端形成电势差。具有温差发电性能的热电材料，被模块冷端以及模块热端夹住，从而构成了温差发电模块。当模块热端温度高于模块冷端时，温差发电模块即产生电能，其电能的大小往往与模块冷热两端的温差成正比。

[0003] 温差发电技术常用于各种环境中的温差热能利用，但温差发电模块的热电转换效率较低，且不同类型的温差发电模块只能在一个较窄的温度区间发挥其最佳发电性能，例如高温温差发电模块在700-1000℃区间内工作效率较高，中温温差发电模块在350-500℃区间内发电性能较高，而低温温差发电模块在100℃以下的发电性能较高。因此使用某一种温差发电模块构成的单级温差发电系统的发电效率较低，从而制约了温差发电技术在高品位能源的直接利用(例如燃料燃烧所产生的热能利用)领域的发展。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种热能梯级利用型的温差发电装置。

[0005] 本发明是通过以下技术方案实现的：一种热能梯级利用型的温差发电装置，包括燃烧室、燃烧器和烟道，燃烧器设置在燃烧室内，烟道与燃烧室连通，其特征在于：在燃烧室的外壁设置有高温温差发电模块，高温温差发电模块的热端设置在燃烧室外壁一侧，高温温差发电模块的冷端设置在冷却水套一侧，烟道外壁设置有中温温差发电模块，中温温差发电模块的热端设置在烟道外壁一侧，中温温差发电模块的冷端设置在空气一侧，在高温温差发电模块的外侧设置有冷却水套，冷却水套的出口通过冷却水管与低温温差发电模块的热端连通，低温发电模块的冷端设置在空气侧。

[0006] 作为对上述方案的进一步改进，高温温差发电模块选用PbTe型或PbSnTe型半导体材料来制作；中温温差发电模块选用PbTe型半导体热电材料来制作；低温温差发电模块选用Bi2Te3型半导体材料来制作。

[0007] 作为对上述方案的进一步改进，在冷却水套与低温温差发电模块之间的冷却水管道上还设置有冷却水再热器，冷却水再热器吊装在烟道内。

[0008] 作为对上述方案的进一步改进，中温温差发电模块的冷端设置有散热翅片，低温温差发电模块的冷端也设置有散热翅片。

[0009] 本发明相比现有技术具有以下优点：本发明将高、中、低温三种不同的模块布置在同一个系统中的高温区、中温区、以及低温区，形成对于热源的梯级利用，从而使得整个温差发电系统的能量利用率以及效率得到较大提升。针对温差发电模块自身的发电特性，克服现有温差发电系统能量利用效率不高的缺点，提供一种新型的能量梯级利用型温差发电装置，旨在通过将高、中、低温温差发电模块合理地布置于一个以燃烧产生的高温烟气为热源的系统的不同温度区间中，可以有效地对高温热源产生梯级利用效果，提升温差发电系统的发电效率。

附图说明

[0010] 图1是本发明结构示意图。

具体实施方式

[0011] 下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

[0012] 一种热能梯级利用型的温差发电装置，包括燃烧室2、燃烧器1和烟道3，燃烧器1设置在燃烧室2内，烟道3与燃烧室2连通，在燃烧室2的外壁设置有高温温差发电模块6，高温温差发电模块6的热端设置在燃烧室2外壁一侧，高温温差发电模块6的冷端设置在冷却水套5一侧，烟道3外壁设置有中温温差发电模块7，中温温差发电模块7的热端设置在烟道3外壁一侧，中温温差发电模块7的冷端设置在空气一侧，在高温温差发电模块6的外侧设置有冷却水套5，冷却水套5的出口通过冷却水管9与低温温差发电模块8的热端连通，低温发电模块的冷端设置在空气侧。

[0013] 温差发电技术作为一种全固态热电转化方式，其结构简单，且无运动部件，热源适用性强，因此可以结合废余热、太阳能或天然气燃烧产生的热源等进行发电。尽管如此，制约温差发电系统大规模的发展与应用的最大瓶颈在于其发电效率仍然较低。而在现有的以燃烧产生的高温烟气为热源的温差发电系统中，由于系统中只使用了单级高温温差发电模块6，因此只能利用系统的高温烟气段，而对于中低温段的烟气以及被加热的冷却水中的热能则利用不够，造成了能量的浪费以及发电效率的低下。

[0014] 由于燃烧室2内的温度很高，为了能够使热量能够尽可能多的被用于发电，燃烧室2的外壁不做保温处理，使高温发电模块的热端能够达到很高的温度，为了增加高温温差发电模块6冷热两端的温差，使用冷却水套5的方案能够尽可能快的使冷端温度降低，从而有效保证温差使发电模块正常工作。燃烧后的烟气也具有很高的温度，但是相对于燃烧室2的温度已经降低了不少，为了能够有效利用这些能量来发电，在烟道3的外壁设置中温温差发电模块7能够有效利用这些品位较低的热能，经过对高温温差发电模块6的冷却后，冷却水中的能量能够被低温温差发电模块8利用。由于每一种类型的温差发电模块在不同温度区域内的热电转换效率不同，通过将燃烧产生的能量分级，并针对不同品味的能量使用相对应的温差发电模块来转化成电能，解决了温差发电无法高效利用热能效率低下的问题。由于本发明在运行过程中，一方面，高、中、低温温差发电模块8可以工作在各自的最佳温度区间，提高了模块的发电效率；另一方面，系统的高温烟气、中温烟气以及冷却水都可以得到利用，以此形成了对于热能的梯级利用，因此系统整体效率得到了提高。

[0015] 高温温差发电模块6选用PbTe型或PbSnTe型半导体材料来制作；中温温差发电模块7选用PbTe型半导体热电材料来制作；低温温差发电模块8选用Bi2Te3型半导体材料来制作。根据相关研究可知，已经发现有很多种材料适合做热电材料，根据不同材料的运作温度的不同，能够分为高温热电材料、中温热电材料和低温热电材料。已有研究表明利用Bi2Te3制作成的低温温差发电系统在热源为80℃的热水供热下，有着较好的静态以及动态性能。根据相关研究，由P型半导体材料PbSnTe以及N型半导体材料PbTe/PbSnTe制成的高温温差发电模块6工作在高温区(640～730℃)时，具有较高的电能输出。

[0016] 在冷却水套5与低温温差发电模块8之间的冷却水管9道上还设置有冷却水再热器4，冷却水再热器4吊装在烟道3内。由于从燃烧室2直接输送到烟道3内的高温烟气的温度很高，往往能够达到500～600℃，超过了中温温差发电模块7的最佳工作温度区间，通过在烟道3与燃烧室2连接部位设置冷却水再热器4能够有效降低烟气的温度，同时冷却水再热器4能够将此部分的热能回收，用于低温温差发电模块8的热源，保证了整个发电装置的正常工作，同时使装置的热电转化率得到提高。

[0017] 中温温差发电模块7的冷端设置有散热翅片，低温温差发电模块8的冷端也设置有散热翅片。翅片能够帮助冷端保持低温的稳定状态，使中温温差发电模块7和低温温差发电模块8的温差恒定，使之能够正常工作。

[0018] 以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。