一種帶回熱器的熱光伏發電裝置的製作方法

2023-06-20 05:36:11

本發明涉及一種發電裝置，尤其涉及一種帶回熱器的熱光伏發電裝置，屬於熱光伏發電技術領域。

背景技術：

熱光伏技術可以將受熱高溫熱輻射體的能量直接轉換成電能，它是一種多學科融合的新型能量轉換技術。雖然熱光伏技術具有能量輸出密度高、構建及維護簡單的優點，但同時由於其還具有熱電轉換效率較低的特性，目前仍沒有在商業或工業等領域中得到實際的應用。

美國JX Crystal公司曾設計過兩種熱交換器以提高輻射能的轉換效率，其中一種為魚鰭狀回熱器，即在圓筒形回熱器的外壁上均勻布置多個厚金屬片，燃燒煙氣流經厚金屬片，通過金屬片將熱導入圓筒內部並完成熱交換；另一種為魚鰭狀回熱器的換代產品，即將回熱器外壁上的厚金屬片改為Ω形，並降低金屬片的厚度，使其具有更輕、效率更高的特點。

這兩款熱交換器均是基於金屬片在外吸收熱量後再將熱量傳遞給內部的冷空氣的，但是由於外側的金屬片不僅向內側傳導熱量，而且會向外輻射大量的能量導致能量損耗嚴重。為了降低金屬片因向外傳導熱量而造成的能量損耗，韓國成均館大學曾將熱交換器的金屬片材質改進為不鏽鋼材料，但該設計反而使熱交換器的熱交換效果受到了限制。因此，為進一步提高熱光伏系統的轉換效率，急需開發一種新型的能夠合理利用高溫煙氣廢熱的熱光伏發電裝置。

技術實現要素：

為了解決上述技術所存在的不足之處，本發明提供了一種帶回熱器的熱光伏發電裝置。

為了解決以上技術問題，本發明採用的技術方案是：一種帶回熱器的熱光伏發電裝置，包括燃燒室、輻射器、熱光伏電池組件；燃燒室的下端設置有預混室、上端設置有鼠籠回熱器；預混室的左端開設有燃氣入口、右端通過預熱空氣管道與鼠籠回熱器的右側下端開設的預熱空氣出口相連通；鼠籠回熱器的左側上端開設有冷空氣入口；

燃氣和空氣分別從預混室的左側和右側進入，並在預混室中混合均勻；混合燃氣上行至燃燒室後在燃燒室中充分燃燒釋放熱能；部分燃燒熱上行進入鼠籠回熱器中並對冷空氣進行加熱，生成的預熱空氣通過預熱空氣管道進入預混室中，達到對混合燃氣升溫以節約能源的目的；

燃燒室由氧化鋁絕熱材料製作而成；輻射器為兩個，兩個輻射器分別代替燃燒室左右兩側的氧化鋁絕熱材料，形成燃燒室的左壁、右壁；輻射器的外側均設置有濾波片；濾波片的外側均設置有熱光伏電池組件；

混合燃氣燃燒釋放的熱能首先對燃燒室兩側的輻射器進行加熱，輻射器受熱後生成紅外光子，紅外光子再經過濾波片的部分濾除作用之後照射到熱光伏電池組件上產生電能；

鼠籠回熱器為圓柱型腔體，腔體的上部、下部均水平設置有圓形銅片，冷空氣入口、預熱空氣出口分別位於兩端的圓形銅片內側；兩個圓形銅片之間水平設置有多個弧形銅片，相鄰的弧形銅片反向排列；圓形銅片、弧形銅片上均對應開設有多個圓形孔，相應的圓形孔內均貫穿設置有紫銅中空管；

冷空氣自冷空氣入口進入鼠籠回熱器之後，與紫銅中空管中的高溫煙氣進行熱量交換，實現冷空氣的預熱；而燃燒室中產生的高溫煙氣將一部分熱量傳遞給輻射器之後，再通過紫銅中空管繼續上行，並在上行過程中實現與冷空氣的熱量交換，最終耗盡能量從回熱器煙氣出口處排出。

熱光伏電池組件的外側均固定設置有冷卻片，冷卻片用於將熱光伏電池組件上未能轉換的紅外光子產生的熱量帶走，使熱光伏電池組件維持在工作溫度以下，從而保證熱光伏電池組件的工作穩定性以及光電轉換性能。

預混室與燃燒室之間、燃燒室與鼠籠回熱器之間均通過兩排通氣孔相連通。鼠籠回熱器上套置有高溫絕熱纖維棉，用於減少對外輻射和傳導帶來的熱損失。燃燒室與鼠籠回熱器之間設置有連接法蘭。

本發明通過設置鼠籠回熱器，明顯提高了回熱器對高溫煙氣的熱量回收效率，從而顯著增強了熱光伏發電裝置的整體轉換效率，具有熱電轉換效率高、熱損耗率較低的優點，可加強熱光伏發電裝置在工商業等技術領域中的廣泛應用。

附圖說明

圖1為本發明的剖面結構示意圖。

圖2為鼠籠回熱器的整體結構示意圖。

圖3為圖2的剖面結構示意圖。

圖4為圖2的仰視圖。

圖中：1、預混室；2、燃氣入口；3、燃燒室；4、輻射器；5、濾波片；6、熱光伏電池組件；7、冷卻片；8、鼠籠回熱器；9、儲油箱；10、冷空氣入口；11、回熱器煙氣出口；12、預熱空氣出口；13、預熱空氣管道；14、紫銅中空管；15、弧形銅片；16、回熱器煙氣入口；17、連接法蘭。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

如圖1-4所示，本發明包括燃燒室3、輻射器4、熱光伏電池組件6；燃燒室3的下端設置有預混室1、上端設置有鼠籠回熱器8；預混室1的左端開設有燃氣入口2、右端通過預熱空氣管道13與鼠籠回熱器8的右側下端開設的預熱空氣出口12相連通；鼠籠回熱器8的左側上端開設有冷空氣入口10；預混室1與燃燒室3之間、燃燒室3與鼠籠回熱器8之間均通過兩排通氣孔相連通。燃燒室3與鼠籠回熱器8之間設置有連接法蘭17。

燃氣和空氣分別從預混室1的左側和右側進入，並在預混室1中混合均勻，形成有利於燃燒的混合燃氣；混合燃氣上行至燃燒室3後在燃燒室3中充分燃燒釋放熱能；部分燃燒熱上行進入鼠籠回熱器8中並對回熱器內部的冷空氣進行加熱，生成的預熱空氣通過預熱空氣管道13進入預混室1中，等下一輪燃燒時就可以源源不斷的為裝置提供預熱燃氣，達到節約能源的目的；更重要的是，鼠籠回熱器8的使用顯著提高了熱源能量轉換為輻射能的效率，從而進一步提高電池的光電轉換效率。

燃燒室3由氧化鋁絕熱材料製作而成；輻射器4為兩個，兩個輻射器4分別代替燃燒室3左右兩側的氧化鋁絕熱材料，形成燃燒室3的左壁、右壁；輻射器4的外側均設置有濾波片5；濾波片5的外側均設置有熱光伏電池組件6；

混合燃氣燃燒釋放的熱能首先對燃燒室3兩側的輻射器4進行加熱，輻射器4受熱後生成紅外光子，紅外光子再經過濾波片5的部分濾除作用之後照射到熱光伏電池組件6上產生電能；濾波片5用於將低於某個頻率的紅外光子反射回輻射器，該部分紅外光子無法被熱光伏電池組件6吸收產生電能，而可被吸收利用的紅外光子則透過濾波片轉換為電能儲存起來，這樣既提高了發電效率，也降低了熱損耗。

熱光伏電池組件6的外側均固定設置有冷卻片7，冷卻片7用於將熱光伏電池組件6上未能轉換的紅外光子產生的熱量帶走，使熱光伏電池組件6維持在工作溫度以下，從而保證熱光伏電池組件6的工作穩定性以及光電轉換性能。

鼠籠回熱器8為圓柱型腔體，腔體的上部、下部均水平設置有圓形銅片，冷空氣入口10、預熱空氣出口12分別位於兩端的圓形銅片內側；兩個圓形銅片之間水平設置有多個弧形銅片15，相鄰的弧形銅片反向排列；圓形銅片、弧形銅片上均對應開設有多個圓形孔，相應的圓形孔內均貫穿設置有紫銅中空管14；由於圓形銅片、弧形銅片均為封閉式結構，冷空氣在從上而下運行時只能曲線盤旋前進，可以有效增大冷風氣的前進路徑，從而提高冷空氣與紫銅中空管14中高溫煙氣的換熱效率。鼠籠回熱器8上套置有高溫絕熱纖維棉9，用於減少對外輻射和傳導帶來的熱損失。

冷空氣自冷空氣入口10進入鼠籠回熱器8之後，與紫銅中空管14中的高溫煙氣進行熱量交換，實現冷空氣的預熱；而燃燒室3中產生的高溫煙氣將一部分熱量傳遞給輻射器4之後，再通過紫銅中空管14繼續上行，並在上行過程中實現與冷空氣的熱量交換，最終耗盡能量從回熱器煙氣出口11處排出。

本發明採用回熱器對高溫煙氣進行熱量回收，可實現燃氣化學能到輻射能的高效轉換，且產生的預熱空氣可進入燃燒室中對混合燃氣進行預加熱，可起到節省能源的目的；此外，本發明的鼠籠回熱器可進行內部熱傳導，不僅回熱器的外圍設置有絕熱層以減少熱損失，而且回熱器的內部設置有反向排列的弧形銅片，以增加冷空氣與高溫煙氣的熱交換路徑，可以有效提高燃燒熱與輻射能的轉換效率，從而提高熱光伏發電裝置的整體轉換效率，使其具備廣泛的適用性。

上述實施方式並非是對本發明的限制，本發明也並不僅限於上述舉例，本技術領域的技術人員在本發明的技術方案範圍內所做出的變化、改型、添加或替換，也均屬於本發明的保護範圍。