一种具有气流状态自适应功能的热电发电装置及发电方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种具有气流状态自适应功能的热电发电装置及发电方法，该热电发电装置主要包括电控模块、进气端盖、导流模块、集热箱体、热电模块、散热片及排气端盖，该装置可以用于高温气流的废热回收：热气流从进气端盖流入，经导流模块引导后扩散至集热箱体，集热箱体受到热气流的加热温度升高，成为热电模块的热源，热电模块以集热箱体壁面作为热源，以散热片为冷源，在两个工作面形成温差并进而产生电能，导流模块受到电控模块的控制，其导流板的角度可以调节，电控模块根据温度和压力信号，以合理的导流角度引导气流并控制其在集热箱体内的流动状态，实现了气流热量的合理利用，保证装置在不同工况下都能保持较高的发电功率。

A Thermoelectric Power Generation Device with Adaptive Air Flow State and Its Generation Method

The invention discloses a thermoelectric power generation device and a power generation method with the adaptive function of air flow state. The thermoelectric power generation device mainly includes an electronic control module, an intake end cover, a diversion module, a collector box, a thermoelectric module, a radiator and an exhaust end cover. The device can be used for waste heat recovery of high temperature air flow: hot air flows from the inlet. The gas cap flows in and diffuses to the collector body after being guided by the diversion module. The collector body is heated by the hot air flow and becomes the heat source of the thermoelectric module. The thermoelectric module uses the wall of the collector box as the heat source and the radiator as the cold source to form the temperature difference between the two working faces and generate electric energy. The diversion module is electrically controlled. The angle of the guide plate can be adjusted. According to the temperature and pressure signals, the electronic control module guides the air flow with a reasonable guide angle and controls its flow state in the collector, realizes the rational utilization of the heat of the air flow, and ensures that the device can maintain a high power generation under different working conditions.

【技术实现步骤摘要】
一种具有气流状态自适应功能的热电发电装置及发电方法
本专利技术属于能量回收利用
，具体涉及一种具有气流状态自适应功能的热电发电装置及发电方法。
技术介绍
随着世界范围内的能源紧缺，各国正致力于节能减排工作，力争可持续的发展。基于这样的能源现状，废热利用成为了日趋重要的节能方向，加强工业废热的回收利用，对于节能减排具有重要意义。废热根据温度可以划分为低、中、高温三类废热，其中，我国的低温废热(350℃以下)产出比例最高，大约为60％。低温废热的主要来源包括工业生产中的高炉废气和汽车行车过程中排放的尾气等。低温废热的利用难度大，产量又巨大，而随着温差电材料的不断进步，利用热电发电技术进行低温气体废热的回收具有较好的工程应用价值和前景。中国专利(CN204810178U)公开了一种利用锅炉尾部烟道烟气余热的热电发电装置，该装置通过有P型和N型半导体以及导流板构成的热电发电回路，回收烟气中的余热。但该装置的安装需要在烟气通道上开孔，进而将半导体材料穿透烟气通道，此种结构将对烟气管道的密封造成影响，甚至引起烟气泄露和噪声等问题。中国专利(CN204425205U)公开了一种汽车尾气温差发电装置，该装置在排气管道中加入通心棱柱，通过在通心棱柱上布置温差发电片来回收热能，应用发动机冷却液对装置进行冷却以增大温差发电片的两侧温差；但是通心棱柱状的管道设计有增大排气阻力的可能，而该装置无法动态调节以适应发动机的运行状态。
技术实现思路
本专利技术提供一种具有气流状态自适应功能的热电发电装置及发电方法，该装置能够对热气流进行自适应调节。根据不同的气流温度和压力，该装置可以通过导流机构引导热气流加热不同数量的热电模块，一方面保证热电模块高效工作，另一方面防止热电模块过热损坏。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种具有气流状态自适应功能的热电发电装置，包括进气端盖、排气端盖、集热箱体、热电模块、散热片、储能设备、导流模块和电控模块，所述进气端盖、排气端盖与集热箱体连接构成装置的外壳体，所述进气端盖和排气端盖均为由空心棱台和空心圆柱体焊接而成的漏斗状结构，可与排气管道相连，所述集热箱体由上、下两块盖板和两侧的集热栅片连接构成，集热栅片的平整面上均匀分布若干热电模块，每个热电模块的一侧均安装有散热片，散热片与集热栅片连接并紧固；热电模块还与储能设备相连；所述导流模块由导流板、中心轴和轴承座构成，所述导流板与中心轴固连，且导流板所在面通过中心轴轴线，所述中心轴通过轴承座固定于进气端盖上，且中心轴垂直穿透进气端盖并部分伸出进气端盖，所述中心轴由电控模块控制而转动，所述电控模块包括相互连接的ECU和驱动电机，所述驱动电机的电机轴与中心轴伸出进气端盖部分同轴固连，ECU能根据气流状态计算最优导流转角；该热电发电装置还包括分别安装于进气端盖和排气端盖空心圆柱部分的进气压力传感器和排气压力传感器，以及安装于进气端盖侧面的温度传感器。上述方案中，所述各个热电模块间的拓扑结构为：每一行热电模块串联为一组，各组热电模块之间并联，然后与储能设备相连，所述储能设备可以为蓄电池或超级电容器。上述方案中，所述导流板的转角取值范围为0°-90°，设计成以10°为间隔的10个离散点集合，即0°、10°、20°……90°。上述方案中，所述热电模块使用具有良好导热性能的粘剂粘贴于集热栅片的平整面，所述热电模块与散热片接触的工作面上涂覆具有良好导热性能的粘剂。一种具有气流状态自适应功能的热电发电方法，其特征在于，包括步骤：S1，热气流从进气端盖流入，温度传感器、进气压力传感器和排气压力传感器分别监测气流温度和压力状况后，将信号传至ECU，ECU根据气流状态计算最优导流转角；ECU根据气流状态计算最优导流转角的步骤为：S1.1：ECU采集并存储不同气流状态和导流角度下的热电发电功率数据组：data(T、ΔP、θ、Pout)，其中T为气流温度，ΔP＝P1-P2为进出口气体压差，P1进口处压力，P2为出口处压力，θ为导流转角，Pout为热电发电装置的输出功率；S1.2：每采集到N组数据组后，ECU(14)调取最近的N组数据，进行动态功率输出方程Pout＝f(T、ΔP、θ)的拟合，拟合采用的方法可以是三次插值拟合，当使用该方法时，动态功率输出方程将被拟合为如下形式：Pout＝∑aijk·Ti·ΔPj·θk其中i，j，k＝0，1，2，3且i+j+k≤3；aijk为动态方程参数，该参数将通过BSO智能算法识别得到；拟合方法还可以为线性拟合、最小二乘法拟合；S1.3：ECU调用当前时刻的进气温度Tnow、前一时刻的进气温度Tbef、当前时刻的进出口气体压差ΔPnow和前一时刻的进气温度ΔPbef，计算热电发电装置的功率变化因数γ，计算公式为：其中：Δt是数据采样时间间隔，当γ大于等于零时，表明热电发电装置的输出功率呈上升趋势，反之，呈下降趋势；S1.4：判断是否需要进行导流转角调节：当γ≥0时，无需对导流转角进行调；当γ＜0时，应对导流转角进行调节；为防止导流板频繁动作引起过高能耗，设置调节门限γ0，当|γ|≥γ0时，判定需要调节导流转角，此时进入S1.5；S1.5：对当前导流转角θ进行调节：分别计算在当前进气温度Tnow和进出口压差ΔPnow下，对导流转角调节10°和-10°后的发电系统输出功率，即f(Tnow、ΔPnow、θ+10°)和f(Tnow、ΔPnow、θ-10°)，分别记为f(θ+10°)和f(θ-10°)，将当前时刻的发电系统输出功率f(Tnow、ΔPnow、θ°)记为f(θ)，并作如下判定：当f(θ+10°)＞f(θ)且f(θ-10°)＜f(θ)，则导流转角调节至θ+10°；当f(θ+10°)＜f(θ)且f(θ-10°)＞f(θ)，则导流转角调节至θ-10°；当f(θ+10°)＞f(θ)且f(θ-10°)＞f(θ)，则作进一步判断，当f(θ+10°)＞f(θ-10°），则导流转角调节至θ+10°，反之，导流转角调节至θ-10°；当f(θ+10°)＜f(θ)且f(θ-10°)＜f(θ)，表明当前状态下通过调节导流转角无法获得更优的发电性能，保持当前的导流转角；S2，热气流经导流板引导后，流经集热箱体并加热集热栅片，再从排气端口流出；S3，集热栅片受热后温度升高成为热电发电的热源，热电模块以集热栅片为热源、散热片为冷源，获得温度差后产生电能，并对蓄电池充电。本专利技术具有以下优点：1、装置设计具有整体性，安装简便。本专利技术设计有独立的进气口和排气口，安装时不会影响原有热流气道结构的封闭性，通过进气口和原有气道的对接就可以完成气道改装，且安装位置不受限制。2、具有气流适应能力，发电效能好。本专利技术通过使用温度和压力传感器，感知气体的温度和压力状况，并使用导流板将不同状态的气流以最优的导流转角扩散至集热箱体，以提高热电发电装置的发电效能；其具体表现为：在气流温度较低时，引导尾气集中加热中部的热电模块，防止所有热电模块都因热量不足而陷入均一的低效工作模式；在气流温度较高时，引导气流扩散至整个集热箱体均匀加热所有热电模块，防止热电模块的过热损坏，同时也提高了装置的发电效能。3、具有系统保护功能。通过导流板对热气流的调节，一方面可以防止热电模块的过热损坏，另一方面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有气流状态自适应功能的热电发电装置，其特征在于，包括进气端盖(1)、排气端盖(2)、集热箱体、热电模块(5)、散热片(6)及储能设备，所述进气端盖(1)、排气端盖(2)与集热箱体连接构成装置的外壳体，所述进气端盖(1)和排气端盖(2)可与排气管道相连，所述集热箱体由上、下两块盖板(3)和两侧的集热栅片(4)连接构成，集热栅片(4)的平整面上均匀分布若干热电模块(5)，每个热电模块(5)的一侧均安装有散热片(6)，散热片(6)与集热栅片(4)连接并紧固；热电模块(5)还与储能设备相连。

【技术特征摘要】
1.一种具有气流状态自适应功能的热电发电装置，其特征在于，包括进气端盖(1)、排气端盖(2)、集热箱体、热电模块(5)、散热片(6)及储能设备，所述进气端盖(1)、排气端盖(2)与集热箱体连接构成装置的外壳体，所述进气端盖(1)和排气端盖(2)可与排气管道相连，所述集热箱体由上、下两块盖板(3)和两侧的集热栅片(4)连接构成，集热栅片(4)的平整面上均匀分布若干热电模块(5)，每个热电模块(5)的一侧均安装有散热片(6)，散热片(6)与集热栅片(4)连接并紧固；热电模块(5)还与储能设备相连。2.根据权利要求1所述的一种具有气流状态自适应功能的热电发电装置，其特征在于，该热电发电装置还包括导流模块和电控模块，所述导流模块由导流板(12)、中心轴(8)和轴承座(7)构成，所述导流板(12)与中心轴(8)固连，且导流板(12)所在面通过中心轴(8)轴线，所述中心轴(8)通过轴承座(7)固定于进气端盖(1)上，且中心轴(8)垂直穿透进气端盖(1)并部分伸出进气端盖(1)，所述中心轴(8)由电控模块控制而转动，所述电控模块包括相互连接的ECU(14)和驱动电机(13)，所述驱动电机(13)的电机轴与中心轴(8)伸出进气端盖(1)部分同轴固连，ECU(14)根据气流状态计算最优导流转角。3.根据权利要求1所述的一种具有气流状态自适应功能的热电发电装置，其特征在于，所述进气端盖(1)和排气端盖(2)均为由空心棱台和空心圆柱体焊接而成的漏斗状结构。4.根据权利要求3所述的一种具有气流状态自适应功能的热电发电装置，其特征在于，该热电发电装置还包括分别安装于进气端盖(1)和排气端盖(2)空心圆柱部分的进气压力传感器(10)和排气压力传感器(11)，以及安装于进气端盖(1)侧面的温度传感器(9)。5.根据权利要求1所述的一种具有气流状态自适应功能的热电发电装置，其特征在于，所述各个热电模块(5)间的拓扑结构为：每一行热电模块(5)串联为一组，各组热电模块(5)之间并联，然后与储能设备相连，所述储能设备可以为蓄电池或超级电容器。6.根据权利要求2所述的一种具有气流状态自适应功能的热电发电装置，其特征在于，所述导流板(12)的转角取值范围为0°-90°，设计成以10°为间隔的10个离散点集合，即0°、10°、20°……90°。7.根据权利要求1所述的一种具有气流状态自适应功能的热电发电装置，其特征在于，所述热电模块(5)使用具有导热性能的粘剂粘贴于集热栅片(4)的平整面，所述热电模块(5)与散热片(6)接触的工作面上涂覆具有导热性能的粘剂。8.一种根据权利要求1所述的具有气流状态自适应功能的热电发电装置的发电方法，其特征在于，包括步骤：S1，热气流从进气端盖(1)流入，温度传感器(9)、进气压力传感器(10)和排气压力传感器(11)分别监测气流温度和压力状况后，将信号传至ECU(14)，ECU(14)根据气流状态计算最优导流转角；S2，热...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晓聪，何仁，胡楠楠，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32