[發明專利]溫差熱電熱能轉換裝置及溫差熱電系統

有效

• 申請號: 202110284045.6
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN112886869B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 郭明山;李曉波;沈騰;肖凱華;陳秋燕;蘇暢;陸穎;尚銘凱;陳祖睿;侯進
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七一一研究所
• 主分類號: H02N11/00
• 分類號: H02N11/00
• 代理公司: 深圳紫藤知識產權代理有限公司 44570
• 代理人: 遠明

本發明公開一種溫差熱電熱能轉換裝置及溫差熱電系統，所述溫差熱電熱能轉換裝置包括殼體和熱電元件，所述殼體限定有蓄熱腔和冷卻腔，所述蓄熱腔內設置有蓄熱體，所述蓄熱體用于從尾氣中接收熱量并存儲；所述冷卻腔內設置有冷卻體以及與所述冷卻體接觸的傳熱介質管路，所述傳熱介質管路與冷卻介質源流體連通；所述熱電元件設置在所述蓄熱腔和所述冷卻腔之間并被配置為在來自所述蓄熱體和所述冷卻體的溫差下產生電能；本發明所述溫差熱電熱能轉換裝置及溫差熱電系統能在熱電元件的熱端和冷端間形成高而穩定的溫度差，從而保證高的熱電轉換效率。

技術領域

本發明涉及內燃機尾氣的熱電轉換技術領域，特別是有關于一種溫差熱電熱能轉換裝置及溫差熱電系統。

背景技術

船舶廢熱主要是柴油機尾氣中排放的熱量，船舶柴油機有效功的熱當量占燃料燃燒發熱量的30％～40％左右，而以廢熱形式排出的能量與有效功相當，此部分熱量直接排放到大氣中，造成了巨大的能量損失。

能量在相互轉換時，總的轉換效率為各環節轉換效率的乘積，轉換環節或過程越多，總體效率越低。因此，為了提高能源轉換效率，應該減少中間能量轉換環節。例如，溫差發電主要是在熱電材料的熱端和冷端形成溫差，利用塞貝克效應將熱能直接轉換為電能。熱電元件的熱端和冷卻溫差越大、越穩定，則熱電轉換效率越高。由前述分析可知，對于溫差發電，熱電元件熱端和冷卻溫差越大、溫差越穩定，熱電轉換效率越高。

雖然，船用柴油機尾氣量巨大，溫度也較高，如中高速機尾氣溫度能達到300-400℃。但船舶航行過程中，柴油機變負荷運行時的尾氣量和尾氣溫度波動較大，熱電元件的冷熱兩端溫度差波動較大，產生的電源電能密度差異較大，熱電轉換效率較低。

當前，傳統的溫差熱電熱能轉換裝置一般分為兩種。第一種轉換裝置是將熱電元件熱端直接貼在尾氣管路上，熱電元件冷端靠空氣冷卻，這種方式一般以車用居多。由于柴油機尾氣量和尾氣溫度不穩定，空氣的冷卻作用不佳，這類裝置熱電轉換效率較低且很不穩定。而第二種轉換裝置則增加了中間傳熱介質的熱能轉換裝置并作為熱電元件的熱電系統，即通過尾氣與傳熱介質傳熱將熱量傳遞給傳熱介質。第二種轉換裝置雖然能在一定程度上避免尾氣溫度波動的影響，但由于存在中間傳熱介質，傳熱效率降低，熱電元件熱端和熱電元件冷端無法形成高的溫度差，這類裝置的熱電轉換效率也普遍較低。

因此，亟需提供一種溫差熱電熱能轉換裝置以及溫差熱電系統，以解決上述技術問題。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種溫差熱電熱能轉換裝置以及溫差熱電系統，利用熱電元件的熱端和冷端間形成高而穩定的溫度差，從而保證高的熱電轉換效率。

為了達到上述目的，根據本發明的一方面提供一種溫差熱電熱能轉換裝置，用于將主機的尾氣的熱能至少部分轉化為電能，具有殼體和設置于所述殼體內的熱電元件，所述殼體限定有蓄熱腔和冷卻腔，其中，所述蓄熱腔內設置有蓄熱體，所述主機的尾氣流經所述蓄熱腔，所述蓄熱體用于從所述尾氣中接收熱量并存儲；所述冷卻腔內設置有冷卻體以及與所述冷卻體接觸的傳熱介質管路，所述傳熱介質管路與冷卻介質源流體連通，用以對所述冷卻體進行冷卻；所述熱電元件設置在所述蓄熱腔和所述冷卻腔之間并被配置為在來自所述蓄熱體和所述冷卻體的溫差下產生電能。

在一些實施例中，所述蓄熱腔具有第一傳熱壁，所述冷卻腔具有第二傳熱壁；所述熱電元件具有熱端和冷端，所述熱端接觸所述第一傳熱壁，所述冷端接觸所述第二傳熱壁。

在一些實施例中，在所述第一傳熱壁和所述第二傳熱壁之間還設置有納米隔熱材料，所述納米隔熱材料填充于所述熱電元件之間。

在一些實施例中，所述第一傳熱壁和所述第二傳熱壁間隔設置于所述殼體的腔體內，并且：所述第一傳熱壁與所述殼體共同限定所述蓄熱腔；所述第二傳熱壁與所述殼體共同限定所述冷卻腔。

在一些實施例中，所述殼體的頂部設有與所述蓄熱腔流體連通的進氣口和出氣口，所述進氣口與所述主機的尾氣管路連通。