专利名称：管道式余热回收半导体温差发电方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是管道式余热回收半导体温差发电方法及装置，是以热电 转换为核心技术，以工业余热回收发电为目标的新能源开发应用技术领域。
技术背景我国是耗能大国，工业余热数量巨大，不论是固态、气态、液态均有大 量工业余热有待回收，因而对企业生产过程中的这些余热进行回收利用对于 节能增效有着非常大的社会、经济效益。在气态及液态余热的回收方面，国 内大多采用余热锅炉以及热管换热器，余热锅炉从设计到加工制造周期较 长、造价较高、占用场地较大，且要经过二次能源转换，效率较低，另外在 某些场合不适于应用上述设备。 发明内容本发明提供的是一种回收、利用气态余热发电的装置，旨在对工业企业 生产过程中产生的气态、液态产物余热进行回收并发电，解决通过管道排放 的气态、液态产物的余热利用回收问题。本发明的技术解决方案管道式余热回收半导体温差发电方法，其特征 是散发余热的气态、液态热源通过轮毂式集热器通道，由轮毂式集热器通吸收热量，并将收集到的热量传递到半导体温差发电模块内侧的热面；套管式散热器布置在半导体温差发电模块外侧的冷面，散热器将冷面冷却到一个比 热面低的温度，使在半导体温差发电模块的两端面产生一个较大的温度差，半导体温差发电模块将温度差直接通过贝塞尔效应转换成电势差，经稳压电路以及交直流转换后，作为电源使用；半导体温差发电模块在垂直于热源流 动方向上呈圆周形布置，形成管道状，散热器与集热器沿热源流动方向与半 导体温差发电模块平行布置；集热器做成轮毂形状，轮辐结合部中间为管道 状，该管道内部填充绝热材料；散热器为中空的套管式，中间通入冷却介质， 将散热器中的热量带走。管道式余热回收半导体温差发电装置，其结构是包括半导体温差发电 模块，轮毂式集热器、套管式散热器；其中半导体温差发电模块夹在管道式 集热器与散热器中间，轮毂式集热器紧贴于半导体温差发电模块内侧的热 面，套管式散热器紧贴于半导体温差发电模块外的冷面，轮毂式集热器、套 管式散热器以导热胶分别与半导体温差发电模块相粘结，并将半导体温差发 电模块紧密地夹在隧道式集热器和散热器中间。本发明的优点可将余热直接转换成电能，无需按传统的方式先将热能 转换成机械能，再将机械能转换成电能的复杂过程，从而提高了热电转换效 率，和发电机的可靠性和使用寿命；与其他形式的余热回收装置相比，本发 明是一种全固态能量转换方式，具有在发电过程中无噪音、无磨损、无介质 泄漏、体积小、重量轻、移动方便、使用寿命长；本发明装置结构简单，便 于加工，且利用工业余热发电，可降低企业能耗，符合国家产业政策，易于 推广应用。
附图1是本发明的截面结构示意图。 附图2是半导体热电效应原理图。附图3是温差发电模块功能原理图。图中的1是半导体温差发电模块、2是轮毂式集热器、3套管式散热器， 4是轮毂式集热器通道，气态或液态热源从轮辐中间通过；5是轮毂式集热 器轮辐结合处的管道，填充绝热材料；6是散热器中间通道，用以流通冷却 介质，7是高温导体、8是低温导体、9是导电体、IO是释放热量(热端)、 ll是吸收热量(冷端)、12是P&N型半导体、13是电绝缘体，14是热能， 15是电子流。
具体实施方式
对照附图l，其结构包括半导体温差发电模块l，轮毂式集热器2，套 管式散热器3。其中半导体温差发电模块1夹在轮毂式集热器2与套管式散 热器3中间，轮毂式集热器2紧贴于半导体温差发电模块1热面的内侧，散 热器3紧贴于半导体温差发电模块1冷面的外侧，半导体温差发电模块1， 集热器2，散热器3分别以导热胶粘贴结合，以便尽可能减小接触热阻，提 高热传递的效率。半导体温差发电模块紧密地夹在集热器和散热器中间。所述的半导体温差发电模块l，由多块半导体发电芯片组成，每块芯片 由多个半导体PN结串联而成(参见图3)，其发电原理是基于贝塞尔效应， 半导体材料中的电子在温度差的驱动下会从高温端流向低温端，从而形成电 势差。所述的轮毂式集热器2，是收集热能的模块，设在整个装置的最内侧， 呈轮毂形状，辐条结合部中间做成管道，管道中填充以绝热材料，防止热量 向中心传递。集热器与气态或液态热源直接接触，工作时吸收热源的热量， 再以热传导方式将热量传递给半导体发电模块。集热器采用这种形状，是为了扩大传热面的面积，扰动热源的流动，获得更高的传热系数，达到尽可能 多的收集热源散发的热量的目的。所述的套管式散热器3，是将半导体模块冷面的热量散发出去的模块， 布置在半导体温差发电模块的外侧，为套管形式，工作时套管中间通冷却介 质，依靠冷却介质的流动以传导和对流换热方式带走热量。管道式余热回收半导体温差发电方法，在散发余热的气态或液态热源 经过轮毂式集热器2的通道时，集热器2吸收其热量，并将收集到的热量传 递到半导体温差发电模块热面，而套管式散热器3布置在半导体发电模块1 冷面外侧，散热器会将冷面冷却到比热面低的一个温度，从而在半导体温差 发电模块1的两端面产生一个较大的温度差，在贝塞尔效应的驱使下，半导 体温差发电模块l内的电子从高温端流向低温端，在冷端形成电势差，经过 稳压整流(现有技术)以及交直流转换(现有技术)之后，可接负载作为电 源用。对钢铁企业生产过程中产生的高温烟气的余热进行回收，是本装置应用 的一个具体实施例子。从炼钢炉中排放出来的高温烟气，它的温度可高达 1100'C以上，在排放出去之前，有大量的热量散发到环境中。将本装置布置 于高温烟气的排放管道中，高温烟气在流动过程中散发出热量，轮毂式集热 器吸收这些热量后，将它传递到半导体温差发电模块的热面。半导体温差发 电模块的热面会将热量传递到冷面，冷面将热量传递给散热器，套管式散热 器中通入的冷却介质会通过流动将这些热量带走，使冷面保持一个相对较低 的温度，这样在半导体温差发电模块的两个端面就形成了一个较大的温差。 由于贝塞尔效应，半导体模块就会产生电势差。通过电路将此电势差输出即可作为电源。半导体温差发电模块1是本装置的核心部件，它可将温度差转换成电 势差即将热能转换成电能。它的工作原理是基于半导体材料的贝塞尔效应见图2，在P (N)型半导体中，高温端的空穴(电子)浓度比低温端 大，在这种浓度梯度的驱动下，空穴(电子)由于热扩散作用，会从高温端向低温端扩散，从而形成一种电势差。将P型和N型半导体的热端相连，则 在冷端可得到一个电压，这样一个PN结就可以利用高温热源与低温热源之 间的温差将热能直接转变为电能。对照图3，图中出示了半导体温差发电模块的原理图，温度差使得每一 对PN结中产生电势差，将很多对串联起来，就可得到足够高的电压，成为 一个温差发电机。
权利要求
1、管道式余热回收半导体温差发电方法，其特征是散发余热的气态、液态热源通过轮毂式集热器通道，由轮毂式集热器通吸收热量，并将收集到的热量传递到半导体温差发电模块内侧的热面；套管式散热器布置在半导体温差发电模块外侧的冷面，散热器将冷面冷却到一个比热面低的温度，使在半导体温差发电模块的两端面产生一个较大的温度差，半导体温差发电模块将温度差通过贝塞尔效应转换成电势差，经稳压电路以及交直流转换后，作为电源使用；半导体温差发电模块在垂直于热源流动方向上呈圆周形布置，形成管道状，散热器与集热器沿热源流动方向与半导体温差发电模块平行布置；集热器做成轮毂形状，轮辐结合部中间为管道状，该管道内部填充绝热材料；散热器为中空的套管式，中间通入冷却介质，将散热器中的热量带走。
2、 管道式余热回收半导体温差发电装置，其特征是导体温差发电模块 夹在管道式集热器与套管式散热器中间，轮毂式集热器紧贴于半导体温差发 电模块内侧的热面，套管式散热器紧贴于半导体温差发电模块外侧的冷面， 轮毂式集热器、套管式散热器与半导体温差发电模块分别以导热胶粘贴结
全文摘要
本发明管道式余热回收半导体温差发电方法及装置，其发电方法是散发余热的气态或液态热源通过轮毂式集热器的通道，集热器吸收热量传递到半导体温差发电模块热面；套管式散热器布置在半导体温差发电模块外侧的冷面，将冷面冷却到比热面低得多的温度，从而在半导体温差发电模块的两端面产生温度差，由于半导体中的贝塞尔效应而产生电势差，经过稳压、交直流转换电路将电势差输出，即可作为电源使用。本装置结构包括半导体发温差发电模块，轮毂式集热器，套管式散热器；优点是可将回收余热热能直接转换成电能，使发电过程无噪音、无磨损、无介质泄漏，并且使发电机具有体积小、重量轻、移动方便、免维护，使用寿命长等。
文档编号H02N11/00GK101325386SQ20081002136
公开日2008年12月17日 申请日期2008年8月1日 优先权日2008年8月1日
发明者正 周 申请人:无锡明惠通科技有限公司