[发明专利]一种三层骨架热电发电装置

说明书

本发明提供一种三层骨架热电发电装置，涉及钢铁工业余热利用技术领域。本装置包括保护罩、骨架、钢包、外壳、热电系统和水冷系统；所述骨架为平板型支架，材料为钢质，保护罩焊接在骨架上，热电装置通过螺栓固定在骨架上，形成热电系统为热端骨架‑热电系统‑冷端骨架三层结构，水冷系统置于冷端骨架外侧，装置由截面是正六边形的筒形组成。本发明热电装置具有结构简单、绿色环保、易于操作和使用寿命长等特点，相较于铜质骨架，使用钢质骨架有利于减少成本，提升热电模块机械稳定性。

技术领域

本发明涉及钢铁工业余热利用技术领域，尤其涉及一种三层骨架热电发电装置。

背景技术

热电转换技术基于塞贝克效应可直接将热转换为电，因其内部无机械运动部件，与传统发电技术相比具有更高稳定性、更低制造成本以及更长使用寿命。此外，热电模块具有体积小、无污染、无噪音等特点，使其被广泛应用于工业余废热回收领域。传统热电模块在使用过程中会将冷端进行空冷或者配置冷却系统，使模块内产生温度差进行发电。但是空冷状态下，模块冷热两端温度差不大，输出功率较小。而通过在模块冷端配置冷却系统，又会产生较大的使用成本。

一块热电模块高温端温度为140℃，低温段温度为25℃时可产生4.64W电能。除了对电厂烟气进行余热回收外，对于冶金领域热电技术也被广泛应用。熊兵将热电转换技术与高炉水冲渣技术相结合，提出首先采用水冲渣技术将炉渣余热转化为冲渣水显热，然后利用热电发电器回收冲渣水热量，从而实现对高炉渣余热的利用。其采用双层热电发电器可实现最大输出功率440W/m²，转换效率为2.66％。肖英龙对钢铁工业热电发电的可行性进行了研究。他从技术和经济价值两方面进行分析，并提出针对不同的温度、形态、规模的余热资源，进行针对性的废热热电回收具有广阔的前景。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种三层骨架热电发电装置；

本发明所采取的技术方案是：

一种三层骨架热电发电装置，包括保护罩、骨架、钢包、外壳、热电系统和水冷系统；

所述保护罩由角钢和镀锌铁板焊接而成，呈三角形，固定焊接在所述骨架上，位于装置顶端，所述骨架为平板型结构，所述骨架为钢质骨架，所述外壳为钢质外壳。

所述钢包位于热电装置内侧，钢包侧壁与热电装置之间由空气隔绝；

所述热电系统由八块平板型两级热电模块通过螺栓固定骨架形成正八边筒形结构，为多层板状结构，包括热端骨架、两级热电模块、冷端骨架；所述两级热电模块包括绝缘板、P型热电臂、N型热电臂和铜导电片，安装于水冷系统内侧，两块绝缘板平行放置，铜导电片分别固定安装在两片绝缘板内侧相对处，对应的两片铜导电片中间并行平行安装P型热电臂以及N型热电臂，热电臂安装方向与绝缘板方向垂直；所述热端骨架与钢包侧壁之间存在空气间隔，同时接受来自钢包侧壁的辐射热，八块热端骨架通过螺栓固定成八面筒型，冷端骨架通过螺栓固定在热电装置与外围水冷系统之间；所述两级热电模块与热端骨架和冷端骨架之间通过导热硅胶填充。

所述水冷系统置于冷端骨架外侧，包括流量控制阀、水冷散热器、冷却水进出口，所述水冷散热器安装于冷端骨架上，所述流量控制阀安装在冷却水入口位置，冷却水出入口与连铸结晶器冷却循环水供应系统连接；水冷系统最外侧由所述外壳固定。所述连铸结晶器冷却循环水供应系统为装置供应冷却水。

所述骨架材料的选取包括如下步骤：

步骤1：运用数值仿真软件建立热电系统物理模型；

步骤2：对物理模型进行网格划分和壁面命名；

步骤3：对所画网格进行检查，根据网格大小关系计算热电发电速度；

步骤4：对物理模型添加边界条件，设置其固定约束和温度边界条件，将得到的温度场分布作为体载荷添加到结构力学计算中进行迭代计算；