[发明专利]一种利用热化学反应的温差发电装置

说明书

一种利用热化学反应的温差发电装置，属于废热流体余热回收利用技术领域，它利用半导体塞贝克效应将废热流体的热能转化为电能，同时利用热化学储能物质的热化学反应实现沿程温度的改变，进而减小半导体热电模块热端温度沿流体流动方向的温度梯度，将其维持在热电材料最优工作温度域附近，实现热电材料与工作温度间的高效匹配，提高系统能效，本发明通过将热化学储能和半导体温差发电技术进行有机结合，可提高热电转换系统能效。

技术领域

本发明属于高温废热流体余热回收利用技术领域，特别涉及一种利用热化学反应的温差发电装置。

背景技术

温差发电是一种利用高低温热源之间的温差来产生电能的绿色环保发电方式。半导体温差发电器具有无噪音，无污染，无磨损，小巧轻便，使用寿命长等优点，将之应用于余热能回收利用技术时展现了很好的发展前景。但由于现有温差发电系统的热电转换效率较低，尚未能实现大规模的商业化应用。其中，热电材料性能与热电器结构的低效匹配是导致效率低的重要原因之一。

一般将热电材料的优值系数(ZT值)作为评价其热电性能的重要参数，ZT值越大，热电性能越好。但热电材料ZT值具有较强的温度依存性，只有当工作在最优温度域时才能获得较高的ZT值，当温度发生偏离时，热电材料将无法保证工作性能的高效性发挥。对于高温废气余热热电转换系统，当流体流经温差发电器时，随着热能的利用，整个热电系统高温端在沿程方向上的温度不断降低，形成了很大的温度梯度，这将使得热电模块热端温度无法保持在热电材料最优工作域范围，进而导致较低的热电转换效率。因此，针对高温余热能热源，如何使得余热流体流经温差发电器过程中，热电模块始终维持在最优工作温度范围内，以保证热电材料的高性能发挥，进而实现半导体温差发电器的高效转换，是要解决的重要问题。现有热电技术中均采用常规矩形或正多面体等截面平板或圆筒结构的尾气换热通道，很少考虑流体流动方向上温度梯度的影响，即便考虑也只是从改善热电材料性能进而去适应温度梯度的角度，受限于热电材料技术的发展。本设计则充分考虑废气余热温差发电系统的温度梯度特征，并基于换热传热机理从减少热电器沿程温度梯度的角度，来实现热电性能的有效提高。

发明内容

本发明提供了一种利用热化学反应的温差发电装置，它利用塞贝克效应将热能转化成电能，实现余热能回收储存在储能装置中，并创新性地将热化学储能应用到热电转换过程，解决了高温流体沿程方向上大的温度梯度与热电材料温度依存性之间不匹配的问题。本发明通过将热化学储能和半导体温差发电技术进行有机结合，可大大提高热电转换系统能效。

利用热化学储能的温差发电器具有可以维持热电模块热端温度基本恒定在热电材料最优热端温度附近的优点，可实现热电材料与温差发电器结构的优化匹配，保证半导体温差发电器的高效性。

本发明采用如下的技术方案：

一种利用热化学反应的温差发电装置，包括U型废热流体通道、冷却水通道、半导体热电模块、流体流向控制阀、吸热反应器、放热反应器和蓄电器，其特征在于：

所述U型废热流体通道包括热流体入口段通道和热流体出口段通道，所述吸热反应器设置在U型废热流体通道的热流体入口段通道，所述放热反应器设置在U型废热流体通道的热流体出口段通道；

所述冷却水通道设置在U型废热流体通道的两侧通道即热流体入口段通道和热流体出口段通道的中间部位；

多个半导体热电模块分上下两层排列设置，上层的多个半导体热电模块依次排列设置在热流体入口段通道和冷却水通道之间，下层的多个半导体热电模块依次排列设置在冷却水通道和热流体出口段通道之间；

所述多个半导体热电模块两端分别串联和/或并联连接至所述蓄电器两端，利用废热流体和冷却水之间的温差来实现余热热电回收；

所述流体流向控制阀位于U型废热流体通道进口或出口处。