CN101325385A - 陶瓷窑道余热回收半导体温差发电方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明陶瓷窑道余热回收半导体温差发电方法及装置，其发电方法是散发余热的陶瓷器件通过本装置下方，由集热板吸收辐射的热量，传递到半导体温差发电模块热面；带肋散热片布置在半导体温差发电模块冷面的上方，将冷面的热量散发出去，从而在半导体温差发电模块的两端面产生温度差，由于半导体中的贝塞尔效应，因而产生电势差，经过稳压、交直流转换电路将电势差输出，即可作为电源使用。本装置结构包括半导体发温差发电模块，集热板，带肋散热片。优点：可将回收余热热能直接转换成电能，使发电过程无噪音、无磨损、无介质泄漏，并且使发电机具有体积小、重量轻、移动方便、免维护，使用寿命长等。

Description

陶瓷窑道余热回收半导体温差发电方法及装置

技术领域

本发明涉及的是陶瓷窑道余热回收半导体温差发电方法及装置，是以热电转换为核心技术，以工业陶瓷窑炉余热回收发电为目标的新能源开发应用技术领域。

背景技术

我国是耗能大国，工业余热数量巨大，不论是固态、气态、液态均有大量工业余热有待回收，因而对企业生产过程中的这些余热进行回收利用对于节能增效有着非常大的社会、经济效益。工业陶瓷窑炉所生产的陶瓷器件，在烧制完成后温度较高，要进行冷却，在这个过程中陶瓷器件要在窑道内运行相当长的一段距离，散发出大量热量后冷却到工艺规定的温度。这部分热量目前在国内还没有进行回收，本装置就是针对这部分余热对其进行回收利用。

发明内容

本发明提供的是一陶瓷窑道余热回收半导体温差发电方法及装置，旨在对工业陶瓷生产企业生产的陶瓷器件的余热进行回收并发电，解决陶瓷窑炉内窑道内陶瓷器件在自然冷却过程中的余热回收利用问题。

本发明的技术解决方案：陶瓷窑道余热回收半导体温差发电方法，其特征是散发余热的陶瓷器件运行经过集热板下方，由集热板接收其热量，并将收集到的热量传递到半导体温差发电模块热面；带肋散热片布置在半导体温差发电模块冷面的上侧，利用风机送风，依靠空气强制对流将散热片冷却，带肋散热片从半导体温差发电模块的冷面吸收热量，将半导体温差发电模块的冷面冷却到比热面低得多的温度，从而在半导体温差发电模块的两端面产生一个较大的温度差，半导体温差发电模块将温度差通过贝塞尔效应直接转换成电势差，通过稳压电路以及交直流转化后，作为电源使用。半导体温差发电模块与陶瓷器件运动方向平行布置，集热板布置在半导体温差发电模块的下方，集热板为一薄板，选择导热系数较大的金属材料铝制成，便于热量的快速传递；带肋散热片布置在半导体温差发电模块的上方，所述的带肋散热片是在板状金属片上布满一定(肋片高度视窑道内温度、散热量不同而不同，需根据具体情况计算确定)高度的肋片，用以增大散热面积。为防止风机送风影响窑道内陶瓷的自然冷却，在带肋散热片上加一隔离罩，使隔离罩与带肋散热片形成一个风道，风机直接向风道内送风，依靠对流换热带走散热片的热量。带肋散热片会吸收半导体温差发电模块冷面传过来的热量，使半导体温差发电装置的冷面冷却下来，与半导体温差发电装置热面之间形成一个较大的温度差。

陶瓷窑道余热回收半导体温差发电装置，其结构是包括半导体温差发电模块，集热板、带肋散热片；其中半导体温差发电模块夹在集热板与带肋散热片中间，集热板紧贴于半导体温差发电模块下侧的热面，带肋散热片紧贴于半导体温差发电模块上侧的冷面，集热板、带肋散热片以螺栓紧固在一起。所述的带肋散热片是在板状金属片上布满一定(肋片高度视窑道内温度、散热量不同而不同，需根据具体情况计算确定)高度的肋片，用以增大散热面积。为防止风机送风影响窑道内陶瓷的自然冷却，在带肋散热片上加一隔离罩。

本发明的优点：可将余热直接转换成电能，无需按传统的方式先将热能转换成机械能，再将机械能转换成电能的复杂过程，从而提高了热电转换效率，和发电机的可靠性和使用寿命；与其他形式的余热回收装置相比，本发明是一种全固态能量转换方式，具有在发电过程中无噪音、无磨损、无介质泄漏、体积小、重量轻、移动方便、使用寿命长；本发明装置结构简单，便于加工，且利用工业余热发电，可降低企业能耗，符合国家产业政策，易于推广应用。

附图说明

附图1是本发明的截面结构示意图。

附图2是半导体热电效应原理图。

附图3是温差发电模块功能原理图。

图中的1是集热板、2是半导体温差发电模块、3带肋散热片，4是隔离罩，5是高温陶瓷器件(如陶瓷地板砖)，6是热能，7是高温导体、8是低温导体、9是导电体、10是释放热量(热端)、11是吸收热量(冷端)、12是P&N型半导体、13是电绝缘体，14是电子流。

具体实施方式

对照附图1，其结构包括集热板1，半导体温差发电模块2，带肋散热片3，隔离罩4。其中半导体温差发电模块2夹在集热板1与带肋散热片3中间，集热板1紧贴于半导体温差发电模块2热面的下侧，带肋散热片3紧贴于半导体温差发电模块2冷面的上侧，半导体温差发电模块2，集热板1，带肋散热片3以螺栓紧固在一起，以便尽可能减小接触热阻，提高热传递的效率。半导体温差发电模块紧密地夹在集热器和散热器中间。隔离罩4扣在散热片上，形成风道。

所述的半导体温差发电模块2，由多块半导体发电芯片组成，每块芯片由多个半导体PN结串联而成(参见图3)，其发电原理是基于贝塞尔效应，半导体材料中的电子在温度差的驱动下会从高温端流向低温端，从而形成电势差。

所述的集热板2，是收集热能的模块，设在整个装置的最下方，它直接接收陶瓷器件辐射出的热量，再以热传导方式将热量传递给半导体发电模块的热面。集热板采用导热系数较大的金属材料如铝等，以便热量的快速传递。

所述的带肋散热片3，是将半导体模块冷面的热量散发出去的模块，布置在半导体温差发电模块的上侧，为一块带肋的薄板，上面加上隔离罩，工作时风机向隔离罩内送风，依靠气体强制对流换热方式带走热量。

陶瓷窑道余热回收半导体温差发电方法，以散发余热的陶瓷器件作为热源，陶瓷器件运行经过集热板1下方，集热板1吸收它辐射出来的热量，并将收集到的热量传递到半导体温差发电模块热面；带肋散热片3布置在半导体发电模块1冷面上侧，空气掠过散热片带走热量，从而散热片会将冷面冷却到比热面低的一个温度，这样在半导体温差发电模块1的两端面产生一个较大的温度差，在贝塞尔效应的驱使下，半导体温差发电模块1内的电子从高温端流向低温端，在冷端形成电势差，经过稳压整流以及交直流转换之后，可接负载作为电源用。

对陶瓷窑道中缓冷段陶瓷器件的的余热进行回收，是本装置应用的一个具体实施例子。烧制好的陶瓷器件，在缓冷段温度还高达600℃以上，在窑道内进行自然冷却期间要散发出大量的热量。将本装置布置于窑道内，陶瓷器件在运动过程中散发出热量，集热板吸收这些热量后，将它传递到半导体温差发电模块的热面。半导体温差发电模块的热面会将热量传递到冷面，冷面将热量传递给散热片，散热片上方加一隔离罩，形成风道，风机向隔离罩中送风，散热片被冷却，冷面传递过来的热量被带走，这样在半导体温差发电模块的两个端面就形成了一个较大的温差。由于贝塞尔效应，半导体模块就会产生电势差。通过电路将此电势差输出即可作为电源。

半导体温差发电模块2是本装置的核心部件，它可将温度差转换成电势差即将热能转换成电能。它的工作原理是基于半导体材料的贝塞尔效应：

见图2，在P(N)型半导体中，高温端的空穴(电子)浓度比低温端大，在这种浓度梯度的驱动下，空穴(电子)由于热扩散作用，会从高温端向低温端扩散，从而形成一种电势差。将P型和N型半导体的热端相连，则在冷端可得到一个电压，这样一个PN结就可以利用高温热源与低温热源之间的温差将热能直接转变为电能。

对照图3，图中出示了半导体温差发电模块的原理图，温度差使得每一对PN结中产生电势差，将很多对串联起来，就可得到足够高的电压，成为一个温差发电机。

Claims (2)

1、陶瓷窑道余热回收半导体温差发电方法，其特征是散发余热的陶瓷器件经过陶瓷窑道余热回收半导体温差发电装置下方，由集热板接收热量，并将集热板收集到的热量传递到半导体温差发电模块热面；带肋散热片布置在半导体温差发电模块冷面的上侧，利用风机送风，依靠空气强制对流将散热片冷却，带肋散热片从半导体温差发电模块的冷面吸收热量，将半导体温差发电模块的冷面冷却到比热面低得多的温度，从而在半导体温差发电模块的两端面产生一个较大的温度差，半导体温差发电模块将温度差通过贝塞尔效应直接转换成电势差，通过稳压电路以及交直流转换后，作为电源使用；陶瓷窑道余热回收半导体温差发电装置平行于陶瓷器件运动方向布置，集热板在装置最下方，集热板直接吸收陶瓷器件辐射出来的热量，通过热传导将热量传递给半导体温差发电模块；散热片做成带有直肋的薄板，为防止风机送风干扰窑道内陶瓷器件的自然冷却，在散热片上方加上隔离罩，形成一个风道，风机向风道内送风，依靠风机送风形成强制对流带走散热片的热量。

2、陶瓷窑道余热回收半导体温差发电装置，其特征半导体温差发电模块夹在集热板与散热片中间，集热板紧贴于半导体温差发电模块下侧的热面，带肋散热片紧贴于半导体温差发电模块上侧的冷面，集热板、带肋式散热片与半导体温差发电模块以螺栓紧固在一起，所述的散热片做成带有直肋的薄板，在散热片上方加上隔离罩。

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