[发明专利]改善的工业热电发电机

说明书

背景技术

工业过程产生巨大量的热能。根据至少一个调查，在美国的化学工业、炼油厂以及林产品工业中产生的热量的量在大约6000万亿Btu的量级上。这个数量不包括在诸如锅炉、食品、能源、金属及冶金、采暖通风与空调(HVAC)和许多其它的工业的其它的过程和工业中产生的热量。6000万亿Btu相当于大约50亿美元。在所述的6000万亿Btu中，人们认为仅利用了52％，剩余的能量被浪费掉或丢失到环境中。 

已知大规模的热电发电机。例如，美国专利4734139提供了形成有与一系列的单独的热电半导体模块接触的热侧热交换器的热电发电机模块。所述半导体模块被设置，使得热量流过所述模块。每个半导体模块被电连接，使得它们的输出可被结合以产生大量的电力。 

热电材料根据已知的物理概念响应于穿过热电发电机的热梯度产生电流。 

在工业环境中，为了抑制或最小化从所述热过程流走的不必要的热量，通常隔离热过程。这种热隔离提高了所述过程的效率，而同时促进其自身安装的安全性。隔热装置可由几个隔热物层制成。依据于需要，所述隔热装置的厚度通常从几英寸变化至几十英寸。 

虽然利用热电发电机把全部否则被浪费掉的工业热能转换成电能将会是有用的，但对隔热的真实世界需要通常抑制热流(heat flow)的程度使得简单地把热电发电机原理应用于所述过程在成本上是高得负担不起的。而且，将隔热物设置在热电发电机的热流通路中降低了穿过热电发电机的热梯度，并且因此降低了发电效率。 

提供能够提供大量的电能的大规模的工业热电发电机，同时给过程提供隔热性能在提高过程效率且收回否则丢失的能量方面将会代表非常重要的一步。 

发明内容

提供了工业热电发电组件和方法。提供了多个热电发电元件。每个元件具有第一侧、与第一侧相对的第二侧以及横向表面。隔热材料围绕每个热电元件的横向表面。设置每个热电元件的第一侧接触过程热源，且配置第二侧使其暴露于周围环境。所述多个热电发电元件中的至少两个被串联地连线。所述热电发电元件是良好的隔热物，所述热电发电元件给所述过程提供良好的隔热。把热量抑制在所述过程(这是所需要的)中，所述热量被传换成电能。 

附图说明

图1是根据本发明实施例的隔热的热电工业发电机的图解视图。 

图2是被串联地连接的多个热电发电模块的示意图。 

图3是相对于不同的热梯度由四个热电发电模块产生的功率的曲线图。 

图4是根据本发明实施例的围绕过程流体管道设置的热电发电组件的图解视图。 

图5是在图4中示出的系统的横截面视图。 

图6是根据本发明实施例的使用热电发电机阵列的方法的流程图。 

具体实施方式

图1是根据本发明实施例的绝热的热电工业发电机的图解视图。发电机100包括邻近隔热层102设置且被封装在隔热层102中的多个分离的热电发电模块。如图1所示，可有大量的热电模块104嵌入在隔热层102中。被用于热电发电模块104的合适材料的示例包括III族、IV族和V族半导体元素。这些材料对热电发电特别有用，因为它们也是良好的隔热物。另外，通过用隔热模块102围绕热电发电模块104，来自诸如化学浴或热管道的工业热源的热量被基本上集中，使得它流过热发电模块104。另外，使用相对大量的分离的热电发电模块104有助于确保整个组件100是相对柔性的和可适合于各种形状。 

图2是被串联地连接的许多热电发电模块的示意图。通过把许多个 热电发电模块104串联地设置，从电路可获得的总功率是从每个热电发电模块104可获得的功率的和。另外，通过串联地布置适量的热电发电模块104并且然后将结合的串联电路彼此并联地布置，可订制电压和/或电流。这基本上产生了热电发电模块104矩阵。