一种带回热器的热光伏发电装置的制作方法

本发明涉及一种发电装置，尤其涉及一种带回热器的热光伏发电装置，属于热光伏发电技术领域。

背景技术：

热光伏技术可以将受热高温热辐射体的能量直接转换成电能，它是一种多学科融合的新型能量转换技术。虽然热光伏技术具有能量输出密度高、构建及维护简单的优点，但同时由于其还具有热电转换效率较低的特性，目前仍没有在商业或工业等领域中得到实际的应用。

美国JX Crystal公司曾设计过两种热交换器以提高辐射能的转换效率，其中一种为鱼鳍状回热器，即在圆筒形回热器的外壁上均匀布置多个厚金属片，燃烧烟气流经厚金属片，通过金属片将热导入圆筒内部并完成热交换；另一种为鱼鳍状回热器的换代产品，即将回热器外壁上的厚金属片改为Ω形，并降低金属片的厚度，使其具有更轻、效率更高的特点。

这两款热交换器均是基于金属片在外吸收热量后再将热量传递给内部的冷空气的，但是由于外侧的金属片不仅向内侧传导热量，而且会向外辐射大量的能量导致能量损耗严重。为了降低金属片因向外传导热量而造成的能量损耗，韩国成均馆大学曾将热交换器的金属片材质改进为不锈钢材料，但该设计反而使热交换器的热交换效果受到了限制。因此，为进一步提高热光伏系统的转换效率，急需开发一种新型的能够合理利用高温烟气废热的热光伏发电装置。

技术实现要素：

为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种带回热器的热光伏发电装置。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种带回热器的热光伏发电装置，包括燃烧室、辐射器、热光伏电池组件；燃烧室的下端设置有预混室、上端设置有鼠笼回热器；预混室的左端开设有燃气入口、右端通过预热空气管道与鼠笼回热器的右侧下端开设的预热空气出口相连通；鼠笼回热器的左侧上端开设有冷空气入口；

燃气和空气分别从预混室的左侧和右侧进入，并在预混室中混合均匀；混合燃气上行至燃烧室后在燃烧室中充分燃烧释放热能；部分燃烧热上行进入鼠笼回热器中并对冷空气进行加热，生成的预热空气通过预热空气管道进入预混室中，达到对混合燃气升温以节约能源的目的；

燃烧室由氧化铝绝热材料制作而成；辐射器为两个，两个辐射器分别代替燃烧室左右两侧的氧化铝绝热材料，形成燃烧室的左壁、右壁；辐射器的外侧均设置有滤波片；滤波片的外侧均设置有热光伏电池组件；

混合燃气燃烧释放的热能首先对燃烧室两侧的辐射器进行加热，辐射器受热后生成红外光子，红外光子再经过滤波片的部分滤除作用之后照射到热光伏电池组件上产生电能；

鼠笼回热器为圆柱型腔体，腔体的上部、下部均水平设置有圆形铜片，冷空气入口、预热空气出口分别位于两端的圆形铜片内侧；两个圆形铜片之间水平设置有多个弧形铜片，相邻的弧形铜片反向排列；圆形铜片、弧形铜片上均对应开设有多个圆形孔，相应的圆形孔内均贯穿设置有紫铜中空管；

冷空气自冷空气入口进入鼠笼回热器之后，与紫铜中空管中的高温烟气进行热量交换，实现冷空气的预热；而燃烧室中产生的高温烟气将一部分热量传递给辐射器之后，再通过紫铜中空管继续上行，并在上行过程中实现与冷空气的热量交换，最终耗尽能量从回热器烟气出口处排出。

热光伏电池组件的外侧均固定设置有冷却片，冷却片用于将热光伏电池组件上未能转换的红外光子产生的热量带走，使热光伏电池组件维持在工作温度以下，从而保证热光伏电池组件的工作稳定性以及光电转换性能。

预混室与燃烧室之间、燃烧室与鼠笼回热器之间均通过两排通气孔相连通。鼠笼回热器上套置有高温绝热纤维棉，用于减少对外辐射和传导带来的热损失。燃烧室与鼠笼回热器之间设置有连接法兰。

本发明通过设置鼠笼回热器，明显提高了回热器对高温烟气的热量回收效率，从而显著增强了热光伏发电装置的整体转换效率，具有热电转换效率高、热损耗率较低的优点，可加强热光伏发电装置在工商业等技术领域中的广泛应用。

附图说明

图1为本发明的剖面结构示意图。

图2为鼠笼回热器的整体结构示意图。

图3为图2的剖面结构示意图。

图4为图2的仰视图。

图中：1、预混室；2、燃气入口；3、燃烧室；4、辐射器；5、滤波片；6、热光伏电池组件；7、冷却片；8、鼠笼回热器；9、储油箱；10、冷空气入口；11、回热器烟气出口；12、预热空气出口；13、预热空气管道；14、紫铜中空管；15、弧形铜片；16、回热器烟气入口；17、连接法兰。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-4所示，本发明包括燃烧室3、辐射器4、热光伏电池组件6；燃烧室3的下端设置有预混室1、上端设置有鼠笼回热器8；预混室1的左端开设有燃气入口2、右端通过预热空气管道13与鼠笼回热器8的右侧下端开设的预热空气出口12相连通；鼠笼回热器8的左侧上端开设有冷空气入口10；预混室1与燃烧室3之间、燃烧室3与鼠笼回热器8之间均通过两排通气孔相连通。燃烧室3与鼠笼回热器8之间设置有连接法兰17。

燃气和空气分别从预混室1的左侧和右侧进入，并在预混室1中混合均匀，形成有利于燃烧的混合燃气；混合燃气上行至燃烧室3后在燃烧室3中充分燃烧释放热能；部分燃烧热上行进入鼠笼回热器8中并对回热器内部的冷空气进行加热，生成的预热空气通过预热空气管道13进入预混室1中，等下一轮燃烧时就可以源源不断的为装置提供预热燃气，达到节约能源的目的；更重要的是，鼠笼回热器8的使用显著提高了热源能量转换为辐射能的效率，从而进一步提高电池的光电转换效率。

燃烧室3由氧化铝绝热材料制作而成；辐射器4为两个，两个辐射器4分别代替燃烧室3左右两侧的氧化铝绝热材料，形成燃烧室3的左壁、右壁；辐射器4的外侧均设置有滤波片5；滤波片5的外侧均设置有热光伏电池组件6；

混合燃气燃烧释放的热能首先对燃烧室3两侧的辐射器4进行加热，辐射器4受热后生成红外光子，红外光子再经过滤波片5的部分滤除作用之后照射到热光伏电池组件6上产生电能；滤波片5用于将低于某个频率的红外光子反射回辐射器，该部分红外光子无法被热光伏电池组件6吸收产生电能，而可被吸收利用的红外光子则透过滤波片转换为电能储存起来，这样既提高了发电效率，也降低了热损耗。

热光伏电池组件6的外侧均固定设置有冷却片7，冷却片7用于将热光伏电池组件6上未能转换的红外光子产生的热量带走，使热光伏电池组件6维持在工作温度以下，从而保证热光伏电池组件6的工作稳定性以及光电转换性能。

鼠笼回热器8为圆柱型腔体，腔体的上部、下部均水平设置有圆形铜片，冷空气入口10、预热空气出口12分别位于两端的圆形铜片内侧；两个圆形铜片之间水平设置有多个弧形铜片15，相邻的弧形铜片反向排列；圆形铜片、弧形铜片上均对应开设有多个圆形孔，相应的圆形孔内均贯穿设置有紫铜中空管14；由于圆形铜片、弧形铜片均为封闭式结构，冷空气在从上而下运行时只能曲线盘旋前进，可以有效增大冷风气的前进路径，从而提高冷空气与紫铜中空管14中高温烟气的换热效率。鼠笼回热器8上套置有高温绝热纤维棉9，用于减少对外辐射和传导带来的热损失。

冷空气自冷空气入口10进入鼠笼回热器8之后，与紫铜中空管14中的高温烟气进行热量交换，实现冷空气的预热；而燃烧室3中产生的高温烟气将一部分热量传递给辐射器4之后，再通过紫铜中空管14继续上行，并在上行过程中实现与冷空气的热量交换，最终耗尽能量从回热器烟气出口11处排出。

本发明采用回热器对高温烟气进行热量回收，可实现燃气化学能到辐射能的高效转换，且产生的预热空气可进入燃烧室中对混合燃气进行预加热，可起到节省能源的目的；此外，本发明的鼠笼回热器可进行内部热传导，不仅回热器的外围设置有绝热层以减少热损失，而且回热器的内部设置有反向排列的弧形铜片，以增加冷空气与高温烟气的热交换路径，可以有效提高燃烧热与辐射能的转换效率，从而提高热光伏发电装置的整体转换效率，使其具备广泛的适用性。

上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。