一种包含返流均热结构的外接式低品位余热发电装置

本发明涉及余热回收，具体为一种包含返流均热结构的外接式低品位余热发电装置。

背景技术：

1、根据前瞻产业研究院最新的调查报告显示，国外发达国家余热资源平均回收利用率为40％至60％，而我国还不到30％， 尤其对于占余热总量50%以上的低品位余热（300℃以下）基本无回收。我国的能源终端利用效率约为30％左右，煤炭发电厂锅炉、炼钢厂高炉、水泥厂回转窑等工业设备在运行过程中都会产生大量的余热，其中可回收利用的余热资源约占余热总资源的60％以上。近年来，国家对节能和环保的倡导力度不断加大，出台了一系列政策支持余热利用的发展，继续以提高能源利用效率和改善生态环境质量为目标。

2、热电技术可利用热电材料的塞贝克效应直接将热能转化为电能，是一种全固态的能量转换方式。与传统能源转换方式相比，该技术具有功率密度高、结构简单，无排放，超静音等特点。由于热电材料对温度十分敏感，极小的温差便可快速启动温差发电装置，因此在低品位余热回收领域具有显著的应用优势。

3、当前，基于热电技术的余热回收装置的热-电转换效率相对较低。一方面，热电材料的最佳性能通常只出现在某一温域，难以在较宽的温域范围内保持较高的材料性能，使得余热回收装置在回收300℃以下余热的理论性能较低。另一方面，双级热电器件高温端温度不均匀将导致串联型集成电路中的双级热电器件运行性能不均一，导致局部温度过高或过低，造成装置性能浪费，使得余热回收装置整体热电转换效率不佳。因此，提升较宽温域双级热电器件的发电性能，优化装置的结构特性，在双级热电器件高温端建立均温均热的热流场，是实现高功率、高效率低品位余热发电的关键。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种包含返流均热结构的外接式低品位余热发电装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种包含返流均热结构的外接式低品位余热发电装置，包括壳体、挡板、水冷板、双级热电器件、紧凑型返流式均热板和外接结构；

3、所述壳体与所述挡板连接，壳体通过挡板与热电转换装置紧固，当烟气从烟气入口流入所述壳体内时，所述挡板可引导烟气流向，壳体与挡板采用不锈钢制造；壳体与挡板共同限定热电转换装置。

4、所述水冷板、所述双级热电器件和所述紧凑型返流式均热板依次贴合设置于所述壳体内部，水冷板、双级热电器件、紧凑型返流式均热板表面均经打磨，光滑度高，配合导热硅脂三者紧密贴合，配合螺杆与螺栓紧固将其依次紧固，且在低品位余热发电装置内部的最左端与最右端设置所述水冷板；所述双级热电器件设置在所述紧凑型返流式均热板和所述水冷板之间，利用所产生的温差发电。

5、所述水冷板用于维持所述双级热电器件的稳定低温状态；

6、所述双级热电器件用于利用所述水冷板与所述紧凑型返流式均热板在所述双级热电器件两端建立的温差发电；双级热电器件使用不同的材料高度配比，在低品位余热温域下可以保持较高的发电性能，且均进行单独封装，防止烟气腐蚀热电材料；

7、所述紧凑型返流式均热板用于对烟气进行充分换热，且对所述双级热电器件进行充分加热；紧凑型返流式均热板内部为紧密的单返流式流道，可以快速吸收烟气热量，并均匀的传递至热电器件高温端，在热电器件高温端建立均温均热的热流场；

8、所述外接结构用于将所述壳体与外接设备连接，使得烟气向所述壳体内流入或者从所述壳体内流出。

9、进一步的，所述壳体的两端端部呈锥形，且所述壳体的端部开口处直径小于所述壳体内部直径，壳体的锥段可使整体设备方便与外界管路连接，并通过设计不同形状可控制烟气的流速流量，所述壳体的锥段可使烟气流速逐渐下降，使烟气均匀地流入每一个均热板内，防止烟气速度过高集中流入设备内部而导致的能效降低，出口处锥段横截面积的缩小可使烟气流速增加，与进口烟气形成压差并引导烟气流动。

10、进一步的，所述水冷板设置于所述壳体内部两端，所述水冷板包括入水口和出水口，所述入水口和所述出水口与介质管路相连，所述介质管路穿过所述壳体连通冷却介质源。

11、进一步的，所述介质管路为低导热系数材料；所述紧凑型返流式均热板与水冷板使用高导热系数材料。

12、进一步的，所述双级热电器件包括低温端和高温端，所述高温端配合导热硅脂贴合在所述紧凑型返流式均热板上，所述低温端配合导热硅脂贴合在所述水冷板上。

13、进一步的，所述双级热电器件的低温端采用p型碲化铋和n型碲化铋材料，所述双级热电器件的高温端采用p型碲化锗和n型碲化铅材料，利用铜作为电极，利用氧化铝作为低温端和高温端的绝缘导热封板，并使用不同材料高度配比的双级热电器件8，保证在较宽的温域范围内保持较高的转换效率。

14、进一步的，所述紧凑型返流式均热板内部具有排布紧凑的返流式流道，其用于吸收烟气热量，并将烟气热量均匀的传递至所述双级热电器件高温端，在所述双级热电器件高温端建立均温均热的热流场，具体的，所述紧凑型返流式均热板内部具有排布紧凑的返流式流道，当烟气流经，从烟气中获取热量进行热交换，并将获得的热量均匀的传递至所述热电器件高温端，在所述热电器件高温端建立均温均热的热流场。

15、进一步的，所述挡板上开设有挡板孔，所述挡板孔用于引导烟气充分的流入所述紧凑型返流式均热板内。

16、进一步的，所述外接结构包括连接管道，所述连接管道设置于所述壳体外壁，用于连接所述壳体的烟气入口和烟气出口，所述连接管道外壁设有环形连接盘，所述环形连接盘外壁开设有若干个调节槽，所述调节槽内部嵌设有活动连接的连接件，所述连接件沿着所述调节槽的轨迹位移，所述连接件的中间具有通孔，用于穿过固定螺栓。

17、进一步的，所述连接件包括上轴套和下轴套，所述下轴套与所述上轴套之间通过若干个导向杆滑动连接，所述下轴套沿着所述上轴套的轴线位移，所述下轴套一端延伸至所述调节槽外侧设有摩擦环，所述摩擦环与所述下轴套之间通过螺纹连接，所述下轴套外壁设有若干个橡胶片，所述橡胶片一端与所述下轴套外壁固定连接，所述橡胶片另一端与刮片固定连接，所述刮片一端延伸至所述摩擦环内滑动连接。

18、进一步的，所述摩擦环外壁靠近所述调节槽一侧设有若干个橡胶凸起一，所述调节槽内壁设有若干个橡胶凸起二，所述橡胶凸起二具有尖角。

19、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

20、本发明通过设置采用紧凑型返流式均热板，建立均温均热的热流场，使得串联型集成电路中的热电器件运行性能均一化，避免局部温度过高或过低造成的装置性能浪费；采用不同材料配比的双级热电器件，在低品位余热温域范围性能优越，高效发电，可以在较宽的温域范围内保持较高的材料性能，可以在余热温度不稳定情况下，拥有良好的热电转换性能。

21、本发明可根据外接管道上法兰螺栓的分布位置，对应调节连接件的位置，从而使螺栓可贯穿连接件后将连接管道与外接管道固定连接，解决了现有技术中因螺栓位置分布不同导致两者之间无法快速连接的问题，达到了本装置可与多种外接管道连接的目的，可提高本装置的适用性，使本装置可以适用于多种烟气余热排放场所。