一种基于热力管道温差发电的节能装置及方法与流程

本发明涉及一种基于热力管道温差发电的节能装置及方法，属于热电转换及废热利用领域。

背景技术：

我国北方地区冬季采暖的主要方式是通过火电厂将热能经过热力管网输送到采暖终端。热力管网在输送热水或热蒸汽的过程中由于管道的散热导致了约30%的热能耗散在空气中，造成巨大的经济损失和资源浪费。因此，如何利用好热力管道的热损失成为亟待解决的节能环保问题。然而，热力管道的热损具有热流密度低、扩散面积大、传送距离长的特点，使热能回收具有较大难度。目前对于供热系统的热回收主要集中在电厂、锅炉等热量的产生环节，采用强制换热方法将废热提取用于热工质的二次加热。半导体热电换能技术主要应用于电子设备野外供电、垃圾焚烧发电、高炉废热发电等，具有较高的可靠性与环境保护价值。但是，转换效率较低与成本较高的缺点限制了热电换能技术的应用。近年来，随着热电材料及制造工艺的发展，热电换能效率得到了大幅提高，使该技术得到了更广泛的应用。对于热力管网热损回收的研究，国内尚处于初期阶段。若能将管网耗散的热能直接转化为电能，将有效地节约成本、促进环保。本发明旨在利用半导体热电换能技术，采用多级半导体芯片集成的方法，高效回收热力管网在输送热工质过程中发生的热量损失。

技术实现要素：

本发明涉及将一种管道热量损失转换为电力的节能装置，它由十二部分组成，分别是正电极、负电极、导线、供热管道、内导热陶瓷套筒、聚氨酯填充层、外导热陶瓷套筒、钢箍、螺栓、铜电极、P型半导体、N型半导体。本发明提出了采用热压工艺将多级半导体热电换能芯片集成在导热Al₂O₃陶瓷基体上，利用供热管道与外界环境的温差实现发电的装置及方法。普通热力管网管壁与外界环境温度的温差在60℃~80℃, 该温差能够有效驱动热电换能芯片组正常发电。单片半导体热电换能芯片发电功率可达4~5W。每米热力管道的最大发电功率约为500W，可以将获得的直流电通过变压器及逆变器转变为交流电并入电网，为火力供暖节省大量的成本。

附图说明

图1为本发明的管道热损转换电力节能装置的主视图剖面图。

图2为本发明的管道热损转换电力节能装置的左视图剖面图。

图3为本发明的管道热损转换电力节能装置中热电转换芯片的局部视图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图更充分地描述本发明，在附图中示出了各种实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，且不应该解释为局限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完全的，并将本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。

在下文中，将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。

参考附图1~3，本发明的技术方案的实现：一种管道热量损失转换为电力的节能装置，它由十二部分组成，分别是正电极、负电极、导线、供热管道、内导热陶瓷套筒、聚氨酯填充层、外导热陶瓷套筒、钢箍、螺栓、铜电极、P型半导体、N型半导体。二次管网供热管道输送的热工质通常在80℃以上，北方冬季室外平均温度约为4℃，供热管内外的温差足以驱动热电换能装置的正常工作。采用压铸法制作半圆形导热陶瓷套筒，将热电换能半导体材料N-Bi₂Te₃、P-Bi₂Te₃及铜电极压铸在两个陶瓷套筒之间，构成一个温差发电的半导体器件。通过正负极端子可以将直流电引出，送入电网或蓄电池。

导线：可采用普通铜质或铝质导线(直径0.1~0.25mm)。

内导热陶瓷套筒：采用Al₂O₃陶瓷材料，利用热压铸法成型。套筒与供热管道外壁采用导热硅胶连接。

外导热陶瓷套筒：采用Al₂O₃陶瓷材料，利用热压铸法成型。内套筒与外套筒之间填充发泡聚氨酯，起到隔热与支撑的作用。

钢箍：外导热陶瓷套筒外部，通过半圆形钢箍束紧，钢箍之间通过螺栓连接。

P-型半导体:采用Bi₂Te₃-Sb₂Te₃合金粉末压铸成型。

N-型半导体:采用Bi₂Te₃-Bi₂Se₃合金粉末压铸成型。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。本发明可以有各种合适的更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。