專利名稱：一種能量回收裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種能量回收裝置，是復(fù)合利用溫差發(fā)電和渦輪做功的能量回收裝置，用于余熱和廢熱回收利用，屬于能量回收、節(jié)能減排領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
能量回收裝置用于回收在各種類型的工作裝置操作期間產(chǎn)生的剰余能量，以提高該工作裝置的能量效率，其中余熱和廢熱的回收利用價值較高。一次能源在其運送、儲存、變換及利用過程中會產(chǎn)生廢熱并被排掉，這些廢熱通常達到一次能源總量的2/3，將大量放散的具有一定品位的熱能回收利用，對能源節(jié)約和環(huán)境保護都起到了顯著作用。半導(dǎo)體溫差發(fā)電是ー種直接將熱能轉(zhuǎn)換成電能的全固態(tài)能量轉(zhuǎn)換方式，在低品位熱能利用方面具有優(yōu)勢，低溫(300°C以下)、中溫(300°C -600°C )、高溫(600°C -1000°C )的高性能熱電轉(zhuǎn)換材料的出現(xiàn)，為半導(dǎo)體溫差發(fā)電在余熱或廢熱回收利用的規(guī)模應(yīng)用提供了可能(鄭藝華，馬永志，溫差發(fā)電技術(shù)及其在節(jié)能領(lǐng)域的應(yīng)用，節(jié)能技木，2006，2 (5):142-146)。利用半導(dǎo)體溫差轉(zhuǎn)換可靠地發(fā)電，重要的是溫差足夠大并且穩(wěn)定。目前，大量已有專利和文獻涉及余熱或廢熱的溫差發(fā)電領(lǐng)域，像車輛尾氣、鍋爐煙氣和エ業(yè)廢水的熱量回收等(201010117120.1 一種發(fā)動機余熱發(fā)電系統(tǒng)及其發(fā)電驅(qū)動模塊；201010117118.4一種發(fā)動機余熱發(fā)電裝置及其發(fā)電模塊；00710109938.7廢熱回收裝置；200380107366.9廢熱發(fā)電裝置；200810172026.9用于半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊的冷卻裝置；201110092711.2，一種適用于內(nèi)燃機的復(fù)合式余熱回收系統(tǒng)；200510061142.X, 一種內(nèi)冷式溫差發(fā)電熱電裝置；徐立珍，李彥，楊知，陳昌和，汽車尾氣溫差發(fā)電的實驗研究，清華大學學報(自然科學版)，2010,2(50):287-289, 294)。迄今為止，因溫差發(fā)電需要形成溫差，涉及的技術(shù)方案均設(shè)置了熱源和冷源，其中熱端熱源來自余熱或廢熱，冷端均使用了額外的冷源，主要采用空冷或液冷的方式進行冷卻，増加了系統(tǒng)復(fù)雜性及成本和空間要求。以車輛排氣溫差發(fā)電系統(tǒng)為例:空冷方式往往冷卻能力不足，冷端溫度受環(huán)境影響，不穩(wěn)定；液冷方式常利用冷卻系的冷卻液，提高了冷卻能力，但增加冷卻系熱負荷，降低能量效率，影響發(fā)動機運行；當車輛變負荷導(dǎo)致排氣溫度變化時，冷端溫度不會相應(yīng)變化，缺乏適應(yīng)性，難以保證溫差恒定。上述問題不僅發(fā)生在用于車輛的情況下，還發(fā)生在用于其它設(shè)備的情況下。渦輪機是利用流體沖擊渦輪轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生動カ的發(fā)動機，是廣泛用做發(fā)電、航空、航海等的動カ機。目前，渦輪可以小到使用在車輛引擎內(nèi)部，也存在數(shù)十米的大型渦輪。已有專利(200610118870.4，一種汽車發(fā)動機排氣渦輪發(fā)電裝置；201210185966.8內(nèi)燃機的尾氣驅(qū)動渦輪發(fā)電裝置)利用廢氣渦輪帶動發(fā)電機發(fā)電，但技術(shù)方案和結(jié)構(gòu)與公知的渦輪增壓系統(tǒng)無異。對于余熱和廢熱利用的氣體，可通過渦輪機輸出功，同時溫度下降。以車輛渦輪增壓為例:除輸出機械功利用外，排氣在通過渦輪增壓器后溫度下降100°C -200°C左右，這ー溫降可為溫差發(fā)電的驅(qū)動溫差，而不需要額外的冷源和冷卻裝置。目前，未見有不需額外冷源冷卻的溫差發(fā)電系統(tǒng)的相關(guān)實用化產(chǎn)品和可行性方案，以及溫差發(fā)電和渦輪做功有機結(jié)合(推動渦輪機做功的溫降形成溫差，實現(xiàn)穩(wěn)定發(fā)電) 的能量回收裝置。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供無需額外冷源冷卻的溫差發(fā)電能量回收裝置，本發(fā)明的另一目的在于提供溫差發(fā)電和渦輪做功復(fù)合能量回收的裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案是ー種能量回收裝置，是復(fù)合利用溫差發(fā)電和渦輪做功的能量回收裝置，包括兩組半導(dǎo)體溫差發(fā)電間壁板、殼體、蓋板、熱流體通道、冷流體通道、渦輪裝置，所述半導(dǎo)體溫差發(fā)電間壁板沿所述殼體的中心位置平行向外雙螺旋形盤繞布置，在所述半導(dǎo)體溫差發(fā)電間壁板的頂部和底部上分別有所述蓋板，所述半導(dǎo)體溫差發(fā)電間壁板、所述殼體和所述蓋板密閉形成所述熱流體通道和所述冷流體通道，所述熱流體通道和所述冷流體通道的間壁是所述半導(dǎo)體溫差發(fā)電間壁板，所述半導(dǎo)體溫差發(fā)電間壁板的熱端壁面?zhèn)仁撬鰺崃黧w通道，所述半導(dǎo)體溫差發(fā)電間壁板的冷端壁面?zhèn)仁撬隼淞黧w通道，所述熱流體通道的入口和出口布置在所述殼體的外圍和中心位置，所述冷流體通道的出口和入ロ布置在所述殼體的外圍和中心位置，所述殼體上設(shè)有所述熱流體通道的入口和所述冷流體通道的出口，所述殼體的中心位置設(shè)有所述渦輪裝置，所述渦輪裝置的進氣ロ與所述熱流體通道的出口連通，所述渦輪裝置的排氣ロ與所述冷流體通道的入口連通，熱流體是需進行廢熱和余熱回收的氣體或者是吸收廢熱和余熱熱量的エ質(zhì)的蒸發(fā)氣體，冷流體是流經(jīng)熱流體通道并推動渦輪裝置做功后的所述熱流體，所述熱流體推動渦輪裝置做功后溫度下降，所述熱流體和所述冷流體存在溫差，所述冷流體溫度隨所述熱流體溫度關(guān)聯(lián)變化，所述熱流體和所述冷流體間溫差基本恒定，所述熱流體和所述冷流體分別沿所述熱流體通道和所述冷流體通道流動，流動方式是逆流，通過半導(dǎo)體溫差發(fā)電間壁板進行熱量交換，半導(dǎo)體溫差發(fā)電間壁板輸出電能。所述半導(dǎo)體溫差發(fā)電間壁板的壁面可以是圓弧形或多邊形等形狀，進ー步地，所述熱流體通道和所述冷流體通道的形狀隨之變化。所述半導(dǎo)體溫差發(fā)電間壁板可以通過半導(dǎo)體熱電轉(zhuǎn)換材料蝕刻、沉積到基板上制成，或者采用半導(dǎo)體溫差發(fā)電組件串聯(lián)和并聯(lián)制成。所述半導(dǎo)體溫差發(fā)電間壁板的壁面可以設(shè)置二次換熱面(肋片等)和進行其他表面處理方式(多孔表面或鋸齒形表面等)以強化換熱。所述半導(dǎo)體溫差發(fā)電間壁板輸出的電能通過調(diào)制穩(wěn)壓電路調(diào)制到設(shè)定電壓和電流等參數(shù)數(shù)值并穩(wěn)定輸出。所述渦輪裝置包括渦輪室、渦輪和渦輪軸，所述渦輪室內(nèi)設(shè)有單級或多級渦輪，所述渦輪安裝在所述渦輪軸上，并通過所述渦輪軸輸出機械功，輸出機械功可以驅(qū)動發(fā)電機或壓縮機等其它用能設(shè)備。所述用于吸收廢熱和余熱熱量的エ質(zhì)可以是水、氨、烷類和氟利昂類等低沸點エ質(zhì)。本發(fā)明的有益效果是實現(xiàn)了溫差發(fā)電和渦輪機做功的復(fù)合能量回收，提高了能量回收效率；利用推動渦輪做功的溫降，無需額外冷源冷卻，減少系統(tǒng)復(fù)雜性，降低成本和空間要求；采用雙螺旋布置，冷、熱流體熱交換方式是逆流，冷流體溫度隨熱流體溫度關(guān)聯(lián)變化，溫差發(fā)電具有高且穩(wěn)定的溫差，可提高發(fā)電效率；裝置結(jié)構(gòu)緊湊、流體沿壁面切向流動，增強傳熱，能夠自清洗。
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進ー步說明。圖1是本發(fā)明的主視結(jié)構(gòu)剖面示意圖。圖2是本發(fā)明的半導(dǎo)體溫差發(fā)電間壁板采用圓弧形壁面的俯視結(jié)構(gòu)剖面示意圖。圖3是本發(fā)明的半導(dǎo)體溫差發(fā)電間壁板采用多邊形壁面的俯視結(jié)構(gòu)剖面示意圖。Ia半導(dǎo)體溫差發(fā)電間壁板，Ib半導(dǎo)體溫差發(fā)電間壁板，2殼體，3蓋板，4熱流體通道，5冷流體通道，6渦輪室，7渦輪，8渦輪軸，9渦輪裝置
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳述，籍由以下結(jié)合具體實施例來說明本發(fā)明之內(nèi)容，而非限制本發(fā)明之范圍。圖1給出了ー種能量回收裝置，包括半導(dǎo)體溫差發(fā)電間壁板la、半導(dǎo)體溫差發(fā)電間壁板lb、殼體2、蓋板3、熱流體通道4、冷流體通道5、渦輪室6、渦輪7和渦輪軸8，半導(dǎo)體溫差發(fā)電間壁板la、lb沿殼體2的中心位置平行向外雙螺旋形盤繞布置，半導(dǎo)體溫差發(fā)電間壁板的壁面可以是圓弧形，結(jié)構(gòu)如圖2所示，也可以是多邊形，結(jié)構(gòu)如圖3所示，前者由于壁面為彎曲的圓弧形，半導(dǎo)體溫差發(fā)電間壁板la、lb最優(yōu)方案是通過半導(dǎo)體熱電轉(zhuǎn)換材料蝕刻、沉積到基板上制成，后者較為方便，半導(dǎo)體溫差發(fā)電間壁板la、Ib可采用商用半導(dǎo)體溫差發(fā)電組件串聯(lián)和并聯(lián)制成，在半導(dǎo)體溫差發(fā)電間壁板la、lb頂部和底部上分別有蓋板3，半導(dǎo)體溫差發(fā)電間壁板la、lb、殼體2和蓋板3密閉形成熱流體通道4和冷流體通道5，熱流體通道4和冷流體通道5的間壁是半導(dǎo)體溫差發(fā)電間壁板la、lb，進ー步地，熱流體通道4和冷流體通道5的形狀隨半導(dǎo)體溫差發(fā)電間壁板la、lb的形狀變化，半導(dǎo)體溫差發(fā)電間壁板la、Ib的熱端壁面?zhèn)仁菬崃黧w通道4，半導(dǎo)體溫差發(fā)電間壁板la、Ib的冷端壁面?zhèn)仁抢淞黧w通道5，熱流體通道4的入口和出口布置在殼體2的外圍和中心位置，冷流體通道5的出口和入口布置在殼體2的外圍和中心位置，殼體2上設(shè)有熱流體通道4的入口和冷流體通道5的出口，殼體2的中心位置設(shè)有渦輪裝置9，用以流體做功，渦輪裝置9由渦輪室
6、渦輪7和渦輪軸8組成，渦輪室6的進氣ロ與熱流體通道4的出ロ連通，渦輪室6的排氣ロ與冷流體通道5的入口連通，渦輪室6內(nèi)部設(shè)有單級或多級渦輪7，渦輪7安裝在渦輪軸8上，并通過渦輪軸8輸出機械功，可以連接發(fā)電機或壓縮機等其它用能設(shè)備。以車輛排氣回收為例，渦輪軸8輸出的機械能可以驅(qū)動進氣壓縮機，取代原有的渦輪增壓系統(tǒng)?？紤]到需回收廢熱和余熱的介質(zhì)不僅是氣體，存在多種形態(tài)，本發(fā)明可利用水、氨、烷類和氟利昂類等低沸點エ質(zhì)間接吸收廢熱和余熱后的蒸發(fā)氣體，即熱流體可以是需進行廢熱和余熱回收的氣體或者可以是吸收廢熱和余熱熱量的エ質(zhì)的蒸發(fā)氣體，冷流體是流經(jīng)熱流體通道并推動渦輪7做功后的熱流體，熱流體推動渦輪7做功后溫度下降，熱流體和冷流體存在溫差，冷流體溫度隨熱流體溫度關(guān)聯(lián)變化，熱流體和冷流體間溫差基本恒定，可提聞效率。參照上述附圖，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)類似于雙螺旋換熱器，熱流體和冷流體分別沿熱流體通道4和冷流體通道5流動，流動方式是逆流，通過半導(dǎo)體溫差發(fā)電間壁板la、lb進行熱量交換，半導(dǎo)體溫差發(fā)電間壁板la、lb輸出電能，然后通過調(diào)制穩(wěn)壓電路調(diào)制到設(shè)定電壓和電流等參數(shù)數(shù)值并穩(wěn)定輸出。以車輛排氣回收為例，輸出的電能可并入車輛的供電系統(tǒng)。溫差發(fā)電效率與傳熱性能有關(guān)，可以應(yīng)用強化換熱的公知技術(shù)，像半導(dǎo)體溫差發(fā)電間壁板la、lb的壁面設(shè)置二次換熱面(肋片等)和其他表面處理方式(多孔表面或鋸齒形表面等)
坐寸o
權(quán)利要求
1.ー種能量回收裝置，是復(fù)合利用溫差發(fā)電和渦輪做功的能量回收裝置，其特征在干，包括半導(dǎo)體溫差發(fā)電間壁板(Ia)、半導(dǎo)體溫差發(fā)電間壁板(Ib)、殼體(2)、蓋板(3)、熱流體通道(4)、冷流體通道(5)和渦輪裝置(9)，所述半導(dǎo)體溫差發(fā)電間壁板(la) (Ib)沿所述殼體(2)的中心位置平行向外雙螺旋形盤繞布置，在所述半導(dǎo)體溫差發(fā)電間壁板(la) (Ib)的頂部和底部上分別有蓋板(3)，所述半導(dǎo)體溫差發(fā)電間壁板(la) (lb)、所述殼體(2)和所述蓋板(3)密閉形成所述熱流體通道(4)和所述冷流體通道(5)，所述半導(dǎo)體溫差發(fā)電間壁板(la) (Ib)的熱端壁面?zhèn)仁撬鰺崃黧w通道(4)，所述半導(dǎo)體溫差發(fā)電間壁板(la) (Ib)的冷端壁面?zhèn)仁撬隼淞黧w通道(5)，所述熱流體通道(4)的入口和出口布置在所述殼體(2)的外圍和中心位置，所述冷流體通道(5)的出口和入口布置在所述殼體(2)的外圍和中心位置，所述殼體(2)上設(shè)有所述熱流體通道(4)的入口和所述冷流體通道(5)的出口，所述殼體(2)的中心位置設(shè)有所述渦輪裝置(9)，所述渦輪裝置(9)的進氣ロ與所述熱流體通道(4)的出口連通，所述渦輪裝置(9)的排氣ロ與所述冷流體通道(5)的入口連通，熱流體是需進行廢熱和余熱回收的氣體或者是吸收廢熱和余熱熱量的エ質(zhì)的蒸發(fā)氣體，冷流體是流經(jīng)所述熱流體通道(4)并推動所述渦輪裝置(9)做功后的所述熱流體，所述熱流體和所述冷流體分別沿所述熱流體通道(4)和所述冷流體通道(5)流動，流動方式是逆流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種能量回收裝置，其特征在于所述半導(dǎo)體溫差發(fā)電間壁板(la) (Ib)的壁面可以是圓弧形或多邊形，進ー步地，所述熱流體通道(4)和所述冷流體通道(5)的形狀隨之變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種能量回收裝置，其特征在于所述半導(dǎo)體溫差發(fā)電間壁板(la) (Ib)可以通過半導(dǎo)體熱電轉(zhuǎn)換材料蝕刻、沉積到基板上制成，或者采用半導(dǎo)體溫差發(fā)電組件串聯(lián)和并聯(lián)制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種能量回收裝置，其特征在于所述半導(dǎo)體溫差發(fā)電間壁板(la) (Ib)的壁面可以設(shè)置肋片和進行多孔表面或鋸齒形表面處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種能量回收裝置，其特征在于所述半導(dǎo)體溫差發(fā)電間壁板(la) (Ib)輸出的電能通過調(diào)制穩(wěn)壓電路調(diào)制到設(shè)定電壓和電流等參數(shù)數(shù)值并穩(wěn)定輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種能量回收裝置，其特征在于所述渦輪裝置(9)包括渦輪室(6)、渦輪(7)和渦輪軸(8)，所述渦輪室(6)內(nèi)設(shè)置有單級或多級渦輪(7)，所述渦輪(7)安裝在所述渦輪軸(8)上，并通過所述渦輪軸(8)輸出機械功到發(fā)電機或壓縮機。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種能量回收裝置，其特征在于所述用于吸收廢熱和余熱熱量的エ質(zhì)是水、氨、烷類和氟利昂類低沸點エ質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種能量回收裝置，包括兩組半導(dǎo)體溫差發(fā)電間壁板、殼體、蓋板、熱流體通道、冷流體通道和渦輪裝置。實現(xiàn)了溫差發(fā)電和渦輪做功的復(fù)合能量回收，提高了能量回收效率；渦輪裝置的進氣口和排氣口分別與熱流體通道的出口和冷流體通道的入口連通；溫差發(fā)電的冷流體為流經(jīng)熱流體通道并推動渦輪裝置做功后的熱流體，無需額外冷源冷卻，減少了系統(tǒng)復(fù)雜性，并降低成本和空間要求；采用雙螺旋布置，冷、熱流體熱交換方式為逆流，冷流體溫度隨熱流體溫度關(guān)聯(lián)變化，溫差發(fā)電具有高且穩(wěn)定的溫差，可提高發(fā)電效率；結(jié)構(gòu)緊湊、傳熱能力強，能夠自清洗?？蓮V泛應(yīng)用于余熱和廢熱回收、節(jié)能減排領(lǐng)域。
文檔編號H02N11/00GK103114877SQ201310074248
公開日2013年5月22日 申請日期2013年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月8日
發(fā)明者鄭藝華, 劉君, 張紀鵬, 馬永志 申請人:青島大學