本發(fā)明涉及熱電轉(zhuǎn)換，具體涉及一種通過對(duì)流換熱交換熱量的層疊式溫差發(fā)電裝置。

背景技術(shù)：

1、基于熱電轉(zhuǎn)換效應(yīng)，溫差發(fā)電片可以通過溫差將熱能直接轉(zhuǎn)換為電能，具有無污染、無噪聲的特點(diǎn)，且在低品位熱能利用方面具有優(yōu)勢(shì)。相較于傳統(tǒng)的朗肯循環(huán)，熱電轉(zhuǎn)換的發(fā)電效率很低，單個(gè)溫差發(fā)電片輸出的電壓、功率很小，將大量溫差發(fā)電片串聯(lián)連接才能滿足實(shí)際應(yīng)用所需的電壓。溫差發(fā)電的應(yīng)用僅取決于器件兩側(cè)表面的溫度，不限于冷、熱源的形式，工業(yè)廢氣、汽車尾氣、太陽能、液化天然氣等都可以與溫差發(fā)電結(jié)合，實(shí)現(xiàn)能源的回收利用。在工業(yè)領(lǐng)域，換熱器是最典型的熱量交換設(shè)備，將溫差發(fā)電與換熱器相結(jié)合，在熱流體與冷流體之間添加溫差發(fā)電片，通過流體的對(duì)流換熱持續(xù)加熱或冷卻溫差發(fā)電片，即可在溫差發(fā)電片的兩側(cè)表面形成穩(wěn)定的溫差，進(jìn)而輸出電能。

2、單個(gè)溫差發(fā)電片幾何尺寸較小，大規(guī)模溫差發(fā)電片的應(yīng)用需要合理的空間布置，特別是在船舶等應(yīng)用場(chǎng)景，將整體發(fā)電裝置的尺寸限制在一定范圍之內(nèi)。此外，維持穩(wěn)定的溫差是溫差發(fā)電應(yīng)用的必要條件，發(fā)電裝置的設(shè)計(jì)需考慮冷、熱流體對(duì)流換熱的形式，包括流動(dòng)通道的幾何結(jié)構(gòu)、流體與壁面之間的換熱能力等因素。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種通過對(duì)流換熱交換熱量的層疊式溫差發(fā)電裝置，將數(shù)量龐大的溫差發(fā)電片布置于有限的空間，通過冷、熱流體的對(duì)流換熱維持溫差發(fā)電片兩側(cè)的溫差，基于熱電轉(zhuǎn)換效應(yīng)實(shí)現(xiàn)較大規(guī)模的發(fā)電。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、通過對(duì)流換熱交換熱量的層疊式溫差發(fā)電裝置，所述裝置包括溫差發(fā)電片1、冷板2、熱板3、冷板連接管4、熱板連接管5、冷板進(jìn)口管6、冷板出口管7、熱板進(jìn)口管8和熱板出口管9；所述冷板2與熱板3為幾何尺寸相同的長方形平板，沿水平方向放置，冷板2與熱板3在豎直方向上呈層疊式交替排布，多個(gè)溫差發(fā)電片1位于冷板2與熱板3之間的空隙內(nèi)，溫差發(fā)電片1為薄片結(jié)構(gòu)，其兩側(cè)表面分別與冷板2和熱板3緊貼，溫差發(fā)電片1沿水平方向呈矩陣式均勻排布；所述冷板連接管4連接相鄰的兩層冷板2，所述熱板連接管5連接相鄰的兩層熱板2，冷板連接管4與熱板連接管5在水平方向上呈交替布置；所述冷板進(jìn)口管6與位于最下面的冷板2相連，所述冷板出口管7與位于最上面的冷板2相連，所述熱板進(jìn)口管8與位于最上面的熱板3相連，所述熱板出口管9與位于最下面的熱板3相連，冷流體由冷板進(jìn)口管6流入，由冷板出口管7流出，熱流體由熱板進(jìn)口管8流入，由熱板出口管9流出，冷流體與熱流體的流動(dòng)方向相反；所述冷板2與熱板3的內(nèi)部沿水平方向開設(shè)有流動(dòng)通道，熱板3被熱流體加熱，冷板2被冷流體冷卻，熱板3的溫度高于冷板2，熱量由熱板3傳遞至溫差發(fā)電片1再傳遞至冷板2，溫差發(fā)電片1的兩側(cè)表面存在恒定的溫差，基于熱電轉(zhuǎn)換效應(yīng)將熱能轉(zhuǎn)換為電能。

4、所述冷板進(jìn)口管6、冷板出口管7、熱板進(jìn)口管8和熱板出口管9的幾何結(jié)構(gòu)相同，冷板進(jìn)口管6與熱板進(jìn)口管8的橫截面沿流動(dòng)方向逐漸變大，所述冷板出口管7與熱板出口管9的橫截面沿流動(dòng)方向逐漸變小。

5、所述冷板2與熱板3的流動(dòng)通道為矩形通道或圓形通道，流動(dòng)通道相互平行，沿水平方向均勻排布。

6、相鄰的所述溫差發(fā)電片1通過導(dǎo)線串聯(lián)連接，通過調(diào)整相串聯(lián)的溫差發(fā)電片1的數(shù)量來改變輸出電壓的大小。

7、所述冷流體在冷板2的流動(dòng)通道內(nèi)通過強(qiáng)迫對(duì)流換熱的方式與冷板2交換熱量；所述熱流體在熱板3的流動(dòng)通道內(nèi)通過強(qiáng)迫對(duì)流換熱的方式與熱板3交換熱量。

8、和現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具備如下優(yōu)點(diǎn)：

9、1、所述溫差發(fā)電片為薄片結(jié)構(gòu)，采用層疊式設(shè)計(jì)可以將大量溫差發(fā)電片布置于豎直空間，有效減少整體發(fā)電裝置所占用的空間面積，減少溫差發(fā)電片向周圍環(huán)境耗散的熱量；由于溫差發(fā)電片需與傳熱板緊密貼合，采用冷、熱板內(nèi)布置流動(dòng)通道的設(shè)計(jì)，便于其安裝。

10、2、在水平方向上交替布置的冷板連接管與熱板連接管，在連接交替布置的冷板或熱板的同時(shí)，避免了空間上的重疊，且對(duì)于單個(gè)冷板或熱板內(nèi)的流動(dòng)通道，可以提高不同通道之間的流量分配均勻性。

11、3、所述裝置內(nèi)布置有數(shù)量龐大的溫差發(fā)電片，能夠輸出較高的電能，通過調(diào)整溫差發(fā)電片的串聯(lián)連接的數(shù)量，也可以靈活改變輸出電壓的大小。

技術(shù)特征：

1.通過對(duì)流換熱交換熱量的層疊式溫差發(fā)電裝置，其特征在于：所述裝置包括溫差發(fā)電片(1)、冷板(2)、熱板(3)、冷板連接管(4)、熱板連接管(5)、冷板進(jìn)口管(6)、冷板出口管(7)、熱板進(jìn)口管(8)和熱板出口管(9)；所述冷板(2)與熱板(3)為幾何尺寸相同的長方形平板，沿水平方向放置，冷板(2)與熱板(3)在豎直方向上呈層疊式交替排布，多個(gè)溫差發(fā)電片(1)位于冷板(2)與熱板(3)之間的空隙內(nèi)，溫差發(fā)電片(1)為薄片結(jié)構(gòu)，其兩側(cè)表面分別與冷板(2)和熱板(3)緊貼，溫差發(fā)電片(1)沿水平方向呈矩陣式均勻排布；所述冷板連接管(4)連接相鄰的兩層冷板(2)，所述熱板連接管(5)連接相鄰的兩層熱板(2)，冷板連接管(4)與熱板連接管(5)在水平方向上呈交替布置；所述冷板進(jìn)口管(6)與位于最下面的冷板(2)相連，所述冷板出口管(7)與位于最上面的冷板(2)相連，所述熱板進(jìn)口管(8)與位于最上面的熱板(3)相連，所述熱板出口管(9)與位于最下面的熱板(3)相連，冷流體由冷板進(jìn)口管(6)流入，由冷板出口管(7)流出，熱流體由熱板進(jìn)口管(8)流入，由熱板出口管(9)流出，冷流體與熱流體的流動(dòng)方向相反；所述冷板(2)與熱板(3)的內(nèi)部沿水平方向開設(shè)有流動(dòng)通道，熱板(3)被熱流體加熱，冷板(2)被冷流體冷卻，熱板(3)的溫度高于冷板(2)，熱量由熱板(3)傳遞至溫差發(fā)電片(1)再傳遞至冷板(2)，溫差發(fā)電片(1)的兩側(cè)表面存在恒定的溫差，基于熱電轉(zhuǎn)換效應(yīng)將熱能轉(zhuǎn)換為電能。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過對(duì)流換熱交換熱量的層疊式溫差發(fā)電裝置，其特征在于：所述冷板進(jìn)口管(6)、冷板出口管(7)、熱板進(jìn)口管(8)和熱板出口管(9)的幾何結(jié)構(gòu)相同，冷板進(jìn)口管(6)與熱板進(jìn)口管(8)的橫截面沿流動(dòng)方向逐漸變大，所述冷板出口管(7)與熱板出口管(9)的橫截面沿流動(dòng)方向逐漸變小。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過對(duì)流換熱交換熱量的層疊式溫差發(fā)電裝置，其特征在于：所述冷板(2)與熱板(3)的流動(dòng)通道為矩形通道或圓形通道，流動(dòng)通道相互平行，沿水平方向均勻排布。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過對(duì)流換熱交換熱量的層疊式溫差發(fā)電裝置，其特征在于：相鄰的所述溫差發(fā)電片(1)通過導(dǎo)線串聯(lián)連接，通過調(diào)整相串聯(lián)的溫差發(fā)電片(1)的數(shù)量來改變輸出電壓的大小。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過對(duì)流換熱交換熱量的層疊式溫差發(fā)電裝置，其特征在于：所述冷流體在冷板(2)的流動(dòng)通道內(nèi)通過強(qiáng)迫對(duì)流換熱的方式與冷板(2)交換熱量；所述熱流體在熱板(3)的流動(dòng)通道內(nèi)通過強(qiáng)迫對(duì)流換熱的方式與熱板(3)交換熱量。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種通過對(duì)流換熱交換熱量的層疊式溫差發(fā)電裝置，該裝置包括溫差發(fā)電片、冷板、熱板、冷板連接管、熱板連接管、冷板進(jìn)口管、冷板出口管、熱板進(jìn)口管和熱板出口管；冷板與熱板為長方形平板，在豎直方向上呈層疊式交替排布，溫差發(fā)電片位于冷板與熱板之間的空隙內(nèi)，沿水平方向呈矩陣式均勻排布，其兩側(cè)表面分別與冷板和熱板緊貼；連接管連接相鄰的兩層冷板或熱板，冷板連接管與熱板連接管在水平方向上呈交替布置；流體由進(jìn)口管流入，由出口管流出，冷、熱流體的流動(dòng)方向相反；冷板與熱板的內(nèi)部開設(shè)有流動(dòng)通道，熱板被熱流體加熱，冷板被冷流體冷卻，熱量由熱板傳遞至溫差發(fā)電片再傳遞至冷板，基于熱電轉(zhuǎn)換效應(yīng)將熱能轉(zhuǎn)換為電能。

技術(shù)研發(fā)人員：王明軍,韓梓超,郭凱倫,田文喜,秋穗正,蘇光輝
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30