[發(fā)明專利]一種多瓣式熱電發(fā)電器件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910651898.1
• 申請日: 2019-07-18
• 公開（公告）號: CN110391328B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜慶輝;潘登;葉海濤;高峰;羅振華;晏海學(xué);楊君友
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: H01L35/32
• 分類號: H01L35/32
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 孫楊柳;曹葆青

本發(fā)明涉及一種多瓣式熱電發(fā)電器件，屬于能源轉(zhuǎn)換與再利用技術(shù)領(lǐng)域。所述多瓣式熱電發(fā)電器件用于使發(fā)熱管道中的熱能轉(zhuǎn)換成電能，包括多個(gè)瓣式熱電發(fā)電模塊，多個(gè)瓣式熱電發(fā)電模塊進(jìn)行拼裝得到環(huán)狀的多瓣式熱電發(fā)電器件；瓣式熱電發(fā)電模塊含有多個(gè)基礎(chǔ)熱電模塊，基礎(chǔ)熱電模塊包括p型熱電元件、n型熱電元件、熱端電極片、第一冷端電極片和第二冷端電極片；直肋多瓣式熱電發(fā)電模塊中的p型熱電元件和n型熱電元件垂直于所述發(fā)熱管道橫截面，橫肋多瓣式熱電發(fā)電模塊中的p型熱電元件和n型熱電元件平行于所述發(fā)熱管道橫截面。本發(fā)明多瓣式熱電發(fā)電器件，具有可組裝、易維護(hù)、高效率和高穩(wěn)定性的特點(diǎn)，有效面積熱電器件最大效率達(dá)到25kW/m²。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于能源轉(zhuǎn)換與再利用技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種多瓣式熱電發(fā)電器件。

背景技術(shù)

目前我國每年排放工業(yè)廢熱超過十萬億千瓦時(shí)，約占我國能源消耗總量的50％以上。工業(yè)余熱耗能大，且本身對于環(huán)境有一定的危害性，同時(shí)也是“節(jié)能減排”的重要領(lǐng)域。工業(yè)余熱回收利用，不僅有利于減少廢熱污染排放，同時(shí)能有效降低產(chǎn)品能耗，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益，是符合我國能源戰(zhàn)略的重要舉措。在已投運(yùn)的工業(yè)企業(yè)耗能裝置中，高溫余熱能源(400℃)通過目前技術(shù)可以較好地回收和利用。然而，占工業(yè)余熱絕大部分(70％以上)的中低溫余熱(400℃以下)尚無成熟技術(shù)合理回收利用。熱電材料溫差發(fā)電器件直接利用塞貝克效應(yīng)將余熱轉(zhuǎn)換為電能，體積小巧，無機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，壽命長，維護(hù)成本低，因此在中低溫余熱回收領(lǐng)域極具應(yīng)用潛力。

當(dāng)前溫差發(fā)電技術(shù)面臨的主要問題有：

(1)熱電轉(zhuǎn)換效率不高；

(2)熱電材料體系及其制備加工的成本問題；

(3)熱電半導(dǎo)體鑄錠需要長時(shí)間的退火處理，能耗大；

(4)熱電器件的構(gòu)建過程繁瑣，制備工藝復(fù)雜，切割損耗大、良品率低且環(huán)境污染嚴(yán)重。

上述幾方面的問題仍是制約溫差發(fā)電技術(shù)走向大規(guī)模應(yīng)用的重大瓶頸，解決低成本原料體系和熱電發(fā)電器件的綠色快速制造這一關(guān)鍵問題將會(huì)顯著提升我國在相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)其在中低溫余熱回收方面的大規(guī)模應(yīng)用，為節(jié)能減排、促進(jìn)我國能源經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級做出重要貢獻(xiàn)。

目前，針對管道余熱回收的一體式環(huán)形熱電器件存在著制造難度大、生產(chǎn)周期長、維修成本高等問題。當(dāng)熱電器件具體應(yīng)用到復(fù)雜惡劣的管道環(huán)境時(shí)，普通一體式環(huán)形熱電發(fā)電器件的鋪設(shè)難度較大，器件穩(wěn)定性較差，總體效率不高，投入產(chǎn)出比較低。設(shè)計(jì)和發(fā)展一種能夠應(yīng)對復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境、可大規(guī)模快速鋪設(shè)的、易于維護(hù)和維修的熱電發(fā)電器件已經(jīng)迫在眉睫。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于：針對我國及世界上巨量中低溫廢熱無法有效回收利用這一現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)一種面向中低溫廢熱回收利用、可應(yīng)對復(fù)雜使用環(huán)境的高效率可組裝多瓣式熱電發(fā)電器件，降低熱電器件的制備成本和維護(hù)成本、提高熱電轉(zhuǎn)換效率和縮短生產(chǎn)周期。

按照本發(fā)明的第一方面，提供了一種直肋多瓣式熱電發(fā)電器件，包括多個(gè)直肋瓣式熱電發(fā)電模塊，所述多個(gè)直肋瓣式熱電發(fā)電模塊能夠拼裝得到環(huán)狀的所述直肋多瓣式熱電發(fā)電器件，所述直肋多瓣式熱電發(fā)電器件用于環(huán)繞在發(fā)熱管道四周，使發(fā)熱管道中的熱能轉(zhuǎn)換成電能；任一所述直肋瓣式熱電發(fā)電模塊含有多個(gè)基礎(chǔ)熱電模塊，任一所述基礎(chǔ)熱電模塊包括p型熱電元件、n型熱電元件、熱端電極片、第一冷端電極片和第二冷端電極片；

任一所述基礎(chǔ)熱電模塊中的p型熱電元件的其中一側(cè)以及n型熱電元件的同側(cè)與熱端電極片連接，所述p型熱電元件的對側(cè)與第一冷端電極片連接，所述n型熱電元件的對側(cè)與第二冷端電極片連接；任一所述基礎(chǔ)熱電模塊自身的第一冷端電極片和第二冷端電極片不接觸；相鄰的所述基礎(chǔ)熱電模塊之間通過第一冷端電極片與第二冷端電極片連接，使直肋多瓣式熱電發(fā)電模塊中的各個(gè)p型熱電元件和n型熱電元件交錯(cuò)排列；所述直肋多瓣式熱電發(fā)電模塊中的p型熱電元件所在的平面和n型熱電元件所在的平面垂直于所述發(fā)熱管道橫截面；