[發明專利]一種三層骨架熱電發電裝置

有效

• 申請號: 202010419069.3
• 申請日: 2020-05-18
• 公開（公告）號: CN111416550B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 孟祥寧;周森;朱九州;付瑩;朱苗勇
• 申請（專利權）人: 東北大學;錦州富世博新材料科技有限公司
• 主分類號: H02N11/00
• 分類號: H02N11/00
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 李在川

本發明提供一種三層骨架熱電發電裝置，涉及鋼鐵工業余熱利用技術領域。本裝置包括保護罩、骨架、鋼包、外殼、熱電系統和水冷系統；所述骨架為平板型支架，材料為鋼質，保護罩焊接在骨架上，熱電裝置通過螺栓固定在骨架上，形成熱電系統為熱端骨架?熱電系統?冷端骨架三層結構，水冷系統置于冷端骨架外側，裝置由截面是正六邊形的筒形組成。本發明熱電裝置具有結構簡單、綠色環保、易于操作和使用壽命長等特點，相較于銅質骨架，使用鋼質骨架有利于減少成本，提升熱電模塊機械穩定性。

技術領域

本發明涉及鋼鐵工業余熱利用技術領域，尤其涉及一種三層骨架熱電發電裝置。

背景技術

熱電轉換技術基于塞貝克效應可直接將熱轉換為電，因其內部無機械運動部件，與傳統發電技術相比具有更高穩定性、更低制造成本以及更長使用壽命。此外，熱電模塊具有體積小、無污染、無噪音等特點，使其被廣泛應用于工業余廢熱回收領域。傳統熱電模塊在使用過程中會將冷端進行空冷或者配置冷卻系統，使模塊內產生溫度差進行發電。但是空冷狀態下，模塊冷熱兩端溫度差不大，輸出功率較小。而通過在模塊冷端配置冷卻系統，又會產生較大的使用成本。

一塊熱電模塊高溫端溫度為140℃，低溫段溫度為25℃時可產生4.64W電能。除了對電廠煙氣進行余熱回收外，對于冶金領域熱電技術也被廣泛應用。熊兵將熱電轉換技術與高爐水沖渣技術相結合，提出首先采用水沖渣技術將爐渣余熱轉化為沖渣水顯熱，然后利用熱電發電器回收沖渣水熱量，從而實現對高爐渣余熱的利用。其采用雙層熱電發電器可實現最大輸出功率440W/m²，轉換效率為2.66％。肖英龍對鋼鐵工業熱電發電的可行性進行了研究。他從技術和經濟價值兩方面進行分析，并提出針對不同的溫度、形態、規模的余熱資源，進行針對性的廢熱熱電回收具有廣闊的前景。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種三層骨架熱電發電裝置；

本發明所采取的技術方案是：

一種三層骨架熱電發電裝置，包括保護罩、骨架、鋼包、外殼、熱電系統和水冷系統；

所述保護罩由角鋼和鍍鋅鐵板焊接而成，呈三角形，固定焊接在所述骨架上，位于裝置頂端，所述骨架為平板型結構，所述骨架為鋼質骨架，所述外殼為鋼質外殼。

所述鋼包位于熱電裝置內側，鋼包側壁與熱電裝置之間由空氣隔絕；

所述熱電系統由八塊平板型兩級熱電模塊通過螺栓固定骨架形成正八邊筒形結構，為多層板狀結構，包括熱端骨架、兩級熱電模塊、冷端骨架；所述兩級熱電模塊包括絕緣板、P型熱電臂、N型熱電臂和銅導電片，安裝于水冷系統內側，兩塊絕緣板平行放置，銅導電片分別固定安裝在兩片絕緣板內側相對處，對應的兩片銅導電片中間并行平行安裝P型熱電臂以及N型熱電臂，熱電臂安裝方向與絕緣板方向垂直；所述熱端骨架與鋼包側壁之間存在空氣間隔，同時接受來自鋼包側壁的輻射熱，八塊熱端骨架通過螺栓固定成八面筒型，冷端骨架通過螺栓固定在熱電裝置與外圍水冷系統之間；所述兩級熱電模塊與熱端骨架和冷端骨架之間通過導熱硅膠填充。

所述水冷系統置于冷端骨架外側，包括流量控制閥、水冷散熱器、冷卻水進出口，所述水冷散熱器安裝于冷端骨架上，所述流量控制閥安裝在冷卻水入口位置，冷卻水出入口與連鑄結晶器冷卻循環水供應系統連接；水冷系統最外側由所述外殼固定。所述連鑄結晶器冷卻循環水供應系統為裝置供應冷卻水。

所述骨架材料的選取包括如下步驟：

步驟1：運用數值仿真軟件建立熱電系統物理模型；

步驟2：對物理模型進行網格劃分和壁面命名；

步驟3：對所畫網格進行檢查，根據網格大小關系計算熱電發電速度；

步驟4：對物理模型添加邊界條件，設置其固定約束和溫度邊界條件，將得到的溫度場分布作為體載荷添加到結構力學計算中進行迭代計算；