CN203278705U - 一种半导体温差发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及热电转换领域，尤其用于对船舶主机烟气余热进行利用的一种半导体温差发电装置。一种半导体温差发电装置，它包括供高温流体通过的第一通道和供低温流体通过的第二通道，其特征在于：所述第一通道包括第一主通道以及第一主通道于高温流体行程上分散形成的若干第一子通道，第一子通道通过第二通道内部，第二通道内于第一子通道外设有半导体温差发电模块。它热交换效率高，热能重复利用效果好。

Description

一种半导体温差发电装置

技术领域：

本实用新型涉及热电转换领域，尤其用于对船舶主机烟气余热进行利用的一种半导体温差发电装置。

背景技术：

据统计，现有船舶动力装置燃油热量综合利用率仅有50%左右，剩下50%左右的热量成为废热，大部分以高温烟气等的形式散发到大气中，造成了极大的能源浪费。海洋船舶、尤其是小型海洋船舶，由于其所能携带的燃油较为有限，只有对燃油进行有效利用，才能减少船舶补给、延长船舶最大工作时间和增加航程。

船舶主机作为船舶动力的核心部件，其燃油消耗量相对较高，故其废热排放量也较高，主机排放废热占总燃油热量的30%左右，排烟温度通常在100℃--550℃。如何更加有效的回收利用船舶主机废气的余热，成为高效利用船舶废热的一个重要课题。

半导体温差发电模块能将温度差转换成电势差，对电源进行充电，故其可被应用于船舶主机废热回收。它的工作原理是基于半导体材料的贝塞尔效应：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，从而形成电势差。将P型和N型半导体的热端相连，冷端开路，可在开路处可得到一个电压，将一定数量的PN结串联起来，就可以得到足够高的电压。

半导体温差发电装置，多是在装载热源的热管和装载冷源的冷管之间的接触面上设置半导体温差发电模块，以达到温差发电的目的，然而，由于现有的管多为圆形，故热管和冷管的接触面积有限，不利于半导体温差发电模块热端热量的吸收和冷端热量的释放，热回收效率低。高热空气往往尚未进行有效放热即被排放到大气中，造成极大的能源浪费。

发明内容：

本实用新型的目的是提供一种半导体温差发电装置。它热交换效率高，热能重复利用效果好。

本实用新型所述的一种半导体温差发电装置的技术方案是这样实现的：

一种半导体温差发电装置，它包括供高温流体通过的第一通道和供低温流体通过的第二通道，其特征在于：所述第一通道包括第一主通道以及第一主通道于高温流体行程上分散形成的若干第一子通道，第一子通道通过第二通道内部，第二通道内于第一子通道外壁设有半导体温差发电模块。

本实用新型所述的一种半导体温差发电装置与现有技术相比具有如下优点：

1.通过设置第一子通道，使得在第一主通道与所有第一子通道截面积相同的情况下（其截面形状也相同），所有第一子通道外截面的周长之和大于第一通道外截面周长，增加了第一子通道内高温流体与半导体温差发电模块的接触面积，提高了热交换效率；

2.将第一子通道设置于第二通道内部，且半导体温差发电模块设于第二通道内部，与第一子通道紧密接触，一方面保证第一子通道外壁面上的所有的热量都参与交换，无热量流失，另一方面保证第二通道内的低温流体能够充分与半导体温差发电模块的热量释放端进行热量交换，进一步提高了热交换效率；

3.第一子通道、第二通道分别与半导体温差发电模块接触，不需额外的传热部件对热能进行吸收传递，不仅节省了材料成本，同时也避免了传热部件对热量的进一步散失损耗。

上述所述半导体温差发电模块与第一子通道紧密接触。

上述所述第一子通道内高温流体的流动方向与第二通道内低温流体的流动方向相反。采用逆流换热的方式能够更有效的提高热交换效率。

上述所述第二通道内部于低温流体行程上还设置有若干折流板，折流板上开设有若干供第一子通道穿过的第一通孔。通过设置折流板，可以提高第二通道中低温流体的流速及湍流程度，提高低温流体与半导体温差发电模块的热交换效率。

上述所述的一种半导体温差发电装置包括：

一壳体，壳体两端分别设有一高温流体入口和一高温流体出口；

两隔板，位于壳体内部，各隔板分别分隔壳体一端，两隔板对应处开设有用于埋设第一子通道的第二通孔，第一子通道设置在两隔板相应的第二通孔之间；

一低温流体入口，位于两隔板之间，开口靠近壳体内的一侧的隔板；

一低温流体出口，位于两隔板之间，开口靠近壳体内的另一侧的隔板；

所述高温流体入口和高温流体出口分别与其临近的隔板之间形成第一主通道，高温流体从壳体一端的第一主通道通过第一子通道流至壳体另一端的第一主通道，形成第一通道；低温流体从壳体内一侧隔板的低温流体入口流至壳体内另一侧隔板的低温流体出口，形成第二通道。

上述所述第一子通道的截面外轮廓为圆形。圆形外轮廓的第一子通道能够保证第一子通道内的高温流体与半导体温差发电装置进行均匀的热交换。

上述所述各第一子通道之间的间距不小于第一子通道外径的1.25倍。以便在保证热交换效率的同时，满足隔板对第一子通道的支撑强度。

上述所述第一通道内的高温流体为高温烟气，第二通道内的低温流体为冷却水。所述冷却水可以为海水，高温流体为船舶主机排出的高温烟气。

附图说明：

下面结合附图对本实用新型作详细的说明：

图1是本实用新型所述的一种半导体温差发电装置的连接关系示意图；

图2是本实用新型所述的一种半导体温差发电装置壳体内部的结构示意图；

图3是图2的A-A剖视图；

图4是本实用新型所述的一种半导体温差发电装置的隔板的结构示意图；

图5是本实用新型所述的一种半导体温差发电装置的折流板的结构示意图；

图6是本发明所述的半导体温差发电模块与第一子通道连接的结构示意图；

图7是本发明所述的半导体温差发电模块与第一子通道连接的横截面的结构示意图；

图8是本发明所述的半导体温差发电模块的结构示意图；

图9是第一子通道按正方形排布的示意图；

图10是第一子通道按圆形排布的示意图。

具体实施方式：

如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示的一种半导体温差发电装置，它包括一壳体1，壳体1包括一进气端11和一出气端12，壳体1内设有两隔板2，各隔板2分隔壳体1一端形成第一主通道31，两隔板对应处开设有用于埋设若干第一子通道32的第二通孔6，各第一子通道32设置在两隔板2上相应的第二通孔6之间，并连通壳体1两侧的第一主通道31。高温烟气通过进气端11进入壳体一侧的第一主通道31并经过若干第一子通道32、达到壳体另一侧的第一主通道31，并通过出气端排出12，形成第一通道3；

壳体于两个隔板之间的外壁面还开设有一进水口13和一出水口14，所述进水口13靠近出气端12，出水口14靠近进气端11，冷却水通过进水口13进入壳体两隔板之间的空间内并从出水口14流出，形成第二通道4，第一通道3内的高温烟气和第二通道4内的冷却水流动方向相反，提高了热交换效率。

如图6、图7和图8所述的半导体温差发电模块7，它设于第二通道6内第一子通道32外，它包括作为第一子通道32外壁的热量吸收端71和与第二通道内冷却水接触的热量释放端72，热量吸收端71和热量释放端72分别依次通过电绝缘层73、电导体74与PN结75的热端和冷端接触，所有电导体和PN结依次连接并与电源形成一闭合充电回路。

壳体内于第二通道4上还设有若干折流板8，折流板8上开设有若干供第一子通道穿过的第一通孔5。通过设置折流板，可以提高第二通道中冷却水的流速及湍流程度，提高低温流体与半导体温差发电模块的热交换效率。所述折流板8的间距不小于两隔板间距的1/5，以免增大冷却水流动阻力。影响热交换效率。

所述所有第一子通道32截面积之和是壳体进气端11或出气端12截面积的1.05至1.1倍。以防止排烟阻力过大。第一子通道的排列方式可以根据壳体形状和尺寸的要求选择如图9所示的正方形或如图10所示的圆形排布方式，以增加第二通道内冷却水的流速，提高热交换效率。

所述各第一子通道之间的间距不小于第一子通道外径的1.25倍。以便在保证热交换效率的同时，满足隔板对第一子通道的支撑强度。

所述第一子通道32的截面外轮廓为圆形。以保证第一子通道内的高温流体与半导体温差发电装置进行均匀的热交换。

工作时，第一子通道32将高温烟气的热量传递到半导体温差发电模块的热量吸收端72，同时第二通道4内的冷却水从半导体温差发电模块的热量释放端71吸收热量。使得半导体温差发电模块热量吸收端与热量释放端形成较大温度差，根据半导体材料的贝塞尔效应，设于半导体温差发电模块热量吸收端和热量释放端的PN结内部形成电流，并对外置电源9进行充电，完成将温度直接转换成电能的过程。

如上所述是结合具体内容提供的一种实施方式，并不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。如所述半导体温差发电模块并不仅限于文中公开的具有壳体、隔板的结构、高温烟气和冷却水的换热方式并不仅限于逆流换热，所述第一子通道的截面外轮廓并不仅限于圆形等。凡与本实用新型方法、结构等近似、雷同，或是对于实用新型构思前提下做出若干技术推演或替换，都应当视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种半导体温差发电装置，它包括供高温流体通过的第一通道和供低温流体通过的第二通道，其特征在于：所述第一通道包括第一主通道以及第一主通道于高温流体行程上分散形成的若干第一子通道，第一子通道经过第二通道内部，第二通道内于第一子通道外壁设有半导体温差发电模块。

2.根据权利要求1所述的一种半导体温差发电装置，其特征在于：所述半导体温差发电模块与第一子通道紧密接触。

3.根据权利要求1所述的一种半导体温差发电装置，其特征在于：所述第一子通道内高温流体的流动方向与第二通道内低温流体的流动方向相反。

4.根据权利要求1所述的一种半导体温差发电装置，其特征在于：所述第二通道内部于低温流体行程上还设置有若干折流板，折流板上开设有若干供第一子通道穿过的第一通孔。

5.根据权利要求1至4之一所述的一种半导体温差发电装置，其特征在于：它包括：

一壳体，壳体两端分别设有一高温流体入口和一高温流体出口；

两隔板，位于壳体内部，各隔板分别分隔壳体一端，两隔板对应处开设有用于埋设第一子通道的第二通孔，第一子通道设置在两隔板相应的第二通孔之间；

一低温流体入口，位于两隔板之间，开口靠近壳体内的一侧的隔板；

一低温流体出口，位于两隔板之间，开口靠近壳体内的另一侧的隔板；

所述高温流体入口和高温流体出口分别与其临近的隔板之间形成第一主通道，高温流体从壳体一端的第一主通道通过第一子通道流至壳体另一端的第一主通道，形成第一通道；低温流体从壳体内一侧隔板的低温流体入口流至壳体内另一侧隔板的低温流体出口，形成第二通道。

6.根据权利要求5所述的一种半导体温差发电装置，其特征在于：所述第一子通道的截面外轮廓为圆形。

7.根据权利要求6所述的一种半导体温差发电装置，其特征在于：所述各第一子通道之间的间距不小于第一子通道外径的1.25倍。

8.根据权利要求1至4之一所述所述的一种半导体温差发电装置，其特征在于：所述第一通道内的高温流体为高温烟气，第二通道内的低温流体为冷却水。

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