專利名稱：隧道式余熱回收半導(dǎo)體溫差發(fā)電方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是隧道式余熱回收半導(dǎo)體溫差發(fā)電方法及裝置，是以熱電 轉(zhuǎn)換為核心技術(shù)，以工業(yè)余熱回收發(fā)電為目標的新能源開發(fā)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國是耗能大國，工業(yè)余熱數(shù)量巨大，不論是固態(tài)、氣態(tài)、液態(tài)均有大 量工業(yè)余熱有待回收，因而對企業(yè)生產(chǎn)過程中的這些余熱進行回收利用對于 節(jié)能增效有著非常大的社會、經(jīng)濟效益。目前我國普遍應(yīng)用的余熱回收裝置 大多數(shù)只針對氣態(tài)與液態(tài)余熱，對于固態(tài)余熱尚無回收(干熄焦除外)。本 發(fā)明就是針對這部分固態(tài)余熱的回收利用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的是一種回收、利用固態(tài)余熱發(fā)電的裝置，旨在對工業(yè)企業(yè) 生產(chǎn)過程中的移動固態(tài)產(chǎn)品余熱進行回收并發(fā)電。解決移動固態(tài)產(chǎn)品主要以 輻射形式向周圍環(huán)境散熱，而以往的余熱回收裝置都不適合回收這種形式的 余熱問題。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案隧道式余熱回收半導(dǎo)體溫差發(fā)電方法，其特征 是散發(fā)余熱的移動熱源運行經(jīng)過隧道式集熱器，由隧道式集熱器接收其輻射 出的熱量，并將收集到的熱量傳遞到半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊熱面；散熱器布置 在半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊冷面一側(cè)，散熱器將冷面冷卻到一個比熱面低很多的 溫度，從而在半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊的兩端面產(chǎn)生一個較大的溫度差，半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊將溫度差直接轉(zhuǎn)換成電勢差，通過穩(wěn)壓電路以及交直流轉(zhuǎn)化 后，作為電源使用，隧道式集熱器與散熱器的材料選擇導(dǎo)熱系數(shù)較大的金屬 鋁板，鋁板為長方形，與移動熱源動方向平行布置，兩端以螺栓緊固在半圓 形支架上，鋁板沿半圓型支架的圓周方向排列，呈隧道形式，以便于將熱量
快速的傳遞；在散熱器中通入冷卻介質(zhì)水，將散熱器中的熱量及時帶走。
隧道式余熱回收半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置，其結(jié)構(gòu)是包括半導(dǎo)體溫差發(fā)電 模塊，隧道式集熱器，散熱器；其中半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊夾在隧道式集熱器 與散熱器中間，隧道式集熱器緊貼于半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊下方的熱面，隧道 式集熱器在整個裝置的最下方，散熱器緊貼于半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊上方的冷 面，隧道式集熱器、散熱器以螺栓緊固在一半
圓型支架上，并將半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊緊密地夾在隧道式集熱器和散熱器中 間。相互貼合，以便盡可能減小接觸熱阻，提高熱傳遞的效率。
隧道式余熱回收半導(dǎo)體溫差發(fā)電方法，其特征是散發(fā)余熱的移動熱源運 行經(jīng)過隧道式集熱器，由隧道式集熱器接收其輻射出的熱量，并將收集到的 熱量傳遞到半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊熱面；散熱器布置在半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊冷 面一側(cè)，散熱器將冷面冷卻到一個比熱面低很多的溫度，從而在半導(dǎo)體溫差 發(fā)電模塊的兩端面產(chǎn)生一個較大的溫度差，半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊將溫度差直 接轉(zhuǎn)換成電勢差，通過穩(wěn)壓電路以及交直流轉(zhuǎn)化后，作為電源使用，隧道式 集熱器與散熱器的材料選擇導(dǎo)熱系數(shù)較大的金屬鋁板，鋁板為長方形，與移 動熱源動方向平行布置，兩端以螺栓緊固在半圓形支架上，鋁板沿半圓型支 架的圓周方向排列，呈隧道形式，以便于將熱量快速的傳遞；在散熱器中通 入冷卻介質(zhì)水，將散熱器中的熱量及時帶走。本發(fā)明的優(yōu)點可將余熱直接轉(zhuǎn)換成電能，無需按傳統(tǒng)的方式先將熱能 轉(zhuǎn)換成機械能，再將機械能轉(zhuǎn)換成電能的復(fù)雜過程，從而提高了熱電轉(zhuǎn)換效 率，和發(fā)電機的可靠性和使用壽命；與其他形式的余熱回收裝置相比，本發(fā) 明是一種全固態(tài)能量轉(zhuǎn)換方式，具有在發(fā)電過程中無噪音、無磨損、無介質(zhì) 泄漏、體積小、重量輕、移動方便、使用壽命長；本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡單，便 于加工，且利用工業(yè)余熱發(fā)電，可降低企業(yè)能耗，符合國家產(chǎn)業(yè)政策，易于 推廣應(yīng)用。
附圖l是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2是半導(dǎo)體熱電效應(yīng)原理圖。 附圖3是溫差發(fā)電模塊功能原理圖。
圖中的1是半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊、2是隧道式集熱器、3是散熱器。4 是移動熱源、5是低溫導(dǎo)體、6是吸收熱量(冷端)、7是P&N型半導(dǎo)體、8 是電絕緣體、9是導(dǎo)電體、IO是釋放熱量(熱端)、ll是高溫導(dǎo)體。
具體實施例方式
對照附圖l，其結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊l，隧道式集熱器2，散熱 器3。其中半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊1夾在隧道式集熱器2與散熱器3中間，隧 道式集熱器2緊貼于半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊1下方的熱面，散熱器3緊貼于半 導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊1上方的冷面，半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊l，隧道式集熱器2， 散熱器3以機械緊固的方式緊密貼合，以便盡可能減小接觸熱阻，提高熱傳 遞的效率。半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊緊密地夾在隧道式集熱器和散熱器中間。
所述的半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊l，由多塊半導(dǎo)體發(fā)電芯片組成，每塊芯片 由多個半導(dǎo)體PN結(jié)串聯(lián)而成(參見圖3)，其發(fā)電原理是基于貝塞爾效應(yīng)，半導(dǎo)體材料中的電子在溫度差的驅(qū)動下會從高溫端流向低溫端，從而 形成電勢差。
所述的隧道式集熱器2，是收集熱能的模塊，設(shè)在整個裝置的最下方， 最接近高溫熱源，材料選擇導(dǎo)熱系數(shù)較大的金屬鋁。鋁板為長方形，與移動 熱源運動方向平行布置，兩端以螺栓緊固在半圓形支架上，鋁板沿半圓型支 架的圓周方向排列，呈隧道形式。工作時接收移動熱源輻射出來的熱量，再 以熱傳導(dǎo)方式將熱量傳遞給半導(dǎo)體發(fā)電模塊。集熱器采用隧道式的形狀，是 為了盡可能多的收集高溫產(chǎn)品輻射出的熱量，且便于高溫產(chǎn)品運行通過。
所述的散熱器3，是將半導(dǎo)體模塊冷面的熱量散發(fā)出去的模塊，布置在 半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊的上方，同樣選擇鋁錠，長方形，與移動熱源運行方向
平行布置，在鋁錠中間開方形通道，兩端接水管，工作時通入冷卻水， 依靠冷卻水的流動以傳導(dǎo)和對流換熱方式帶走熱量。
隧道式余熱回收半導(dǎo)體溫差發(fā)電方法，將散發(fā)余熱的熱源運行經(jīng)過隧
道式集熱器2，隧道式集熱器2接收其輻射出的熱量，并將收集到的熱量傳 遞到半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊熱面，而散熱器3布置在半導(dǎo)體發(fā)電模塊1冷面一 側(cè)，散熱器會將冷面冷卻到比熱面低得多的一個溫度，從而在半導(dǎo)體溫差發(fā) 電模塊1的兩端面產(chǎn)生一個較大的溫度差，在貝塞爾效應(yīng)的驅(qū)使下，半導(dǎo)體 溫差發(fā)電模塊l內(nèi)的電子從高溫端流向低溫端，在冷端形成電勢差，經(jīng)過穩(wěn) 壓整流以及交直流轉(zhuǎn)換之后，可接負載作為電源用。
對鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過程中的高溫鋼錠的余熱進行回收，是本裝置應(yīng)用的一 個具體實施例子。從連鑄機中出來的高溫鋼錠，它的溫度可高達IOOO'C以 上，在緩慢運行進入下一工序之前，有大量的熱量主要以輻射的方式散發(fā)到環(huán)境中。將本裝置放置于運行中的高溫鋼錠軌道上，高溫鋼錠在運行中向周 圍環(huán)境散發(fā)出熱量，位于鋼錠上方的隧道式集熱器吸收這些熱量后，將它傳 遞給半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊的熱面。半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊的熱面會將熱量傳遞 到冷面，冷面將熱量傳遞給散熱器，散熱器中通入的冷源會通過流動將這些 熱量帶走，使冷面保持一個相對較低的溫度，這樣在半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊的 兩個端面就形成了一個較大的溫差。由于貝塞爾效應(yīng)，半導(dǎo)體模塊就會產(chǎn)生 電勢差。通過電路將此電勢差輸出即可作為電源。
半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊1是本裝置的核心部件，它可將溫度差轉(zhuǎn)換成電 勢差即將熱能轉(zhuǎn)換成電能。它的工作原理是基于半導(dǎo)體材料的貝塞爾效應(yīng) 見圖2，在P (N)型半導(dǎo)體中，高溫端的空穴(電子)濃度比低溫端 大，在這種濃度梯度的驅(qū)動下，空穴(電子)由于熱擴散作用，會從 高溫端向低溫端擴散，從而形成一種電勢差。將P型和N型半導(dǎo)體的熱端相 連，則在冷端可得到一個電壓，這樣一個PN結(jié)就可以利用高溫熱源與低溫
熱源之間的溫差將熱能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?br>
對照圖3，圖中出示了半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊的原理圖，溫度差使得每一 對PN結(jié)中產(chǎn)生電勢差，將很多對PN結(jié)串聯(lián)起來，就可得到足夠高的電壓， 成為一個溫差發(fā)電機。
權(quán)利要求
1、隧道式余熱回收半導(dǎo)體溫差發(fā)電方法，隧道式余熱回收半導(dǎo)體溫差發(fā)電方法，其特征是散發(fā)余熱的移動熱源運行經(jīng)過隧道式集熱器，由隧道式集熱器接收其輻射出的熱量，并將收集到的熱量傳遞到半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊熱面；散熱器布置在半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊冷面一側(cè)，散熱器將冷面冷卻到一個比熱面低很多的溫度，從而在半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊的兩端面產(chǎn)生一個較大的溫度差，半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊將溫度差直接轉(zhuǎn)換成電勢差，通過穩(wěn)壓電路以及交直流轉(zhuǎn)化后，作為電源使用，隧道式集熱器與散熱器的材料選擇導(dǎo)熱系數(shù)較大的金屬鋁板，鋁板為長方形，與移動熱源動方向平行布置，兩端以螺栓緊固在半圓形支架上，鋁板沿半圓型支架的圓周方向排列，呈隧道形式，以便于將熱量快速的傳遞；在散熱器中通入冷卻介質(zhì)水，將散熱器中的熱量及時帶走。
2、隧道式余熱回收半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置，其特征是包括半導(dǎo)體溫差發(fā) 電模塊，隧道式集熱器，散熱器；其中半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊夾在隧道式集熱 器與散熱器中間，隧道式集熱器緊貼于半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊下方的熱面，隧 道式集熱器在整個裝置的最下方，散熱器緊貼于半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊上方的 冷面，隧道式集熱器、散熱器以螺栓緊固在一半圓型支架上，并將半導(dǎo)體溫 差發(fā)電模塊緊密地夾在隧道式集熱器和散熱器中間。
全文摘要
本發(fā)明是隧道式余熱回收半導(dǎo)體溫差發(fā)電方法及裝置，其發(fā)電方法是散發(fā)余熱的移動熱源運行經(jīng)過隧道式集熱器，由隧道式集熱器接收其輻射出的熱量，并將收集到的熱量傳遞到半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊熱面；散熱器布置在半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊冷面一側(cè)，散熱器將冷面冷卻到一個比熱面低很多的溫度，從而在半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊的兩端面產(chǎn)生一個較大的溫度差，半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊將溫度差直接轉(zhuǎn)換成電勢差，通過穩(wěn)壓電路以及交直流轉(zhuǎn)化后，作為電源使用，其裝置是包括半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊，隧道式集熱器，散熱器；優(yōu)點是可將回收余熱熱能直接轉(zhuǎn)換成電能，使發(fā)電過程無噪音、無磨損、無介質(zhì)泄漏，并且使發(fā)電機具有體積小、重量輕、移動方便、免維護，使用壽命長等。
文檔編號H02N11/00GK101316083SQ200810124210
公開日2008年12月3日 申請日期2008年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月3日
發(fā)明者正 周 申請人:無錫明惠通科技有限公司