CN111810268A - 热端恒温导热型余热发电装置 - Google Patents

Abstract

一种热端恒温导热型余热发电装置。装置由恒温控制模块、传热发电模块、透平发电模块三个模块构成。恒温控制模块实现对传热发电模块的热端温度的控制；传热发电模块在发电的同时，给透平发电模块带来热能；透平发电模块将传热发电模块的热能转换为电能。传热发电模块由多个单管传热发电器件组合而成。单管传热发电器件由传热主体结构、热端模块、冷端模块构成。热端模块由导热模块、热端热伏发电热端模块、平面形贴壁安装模块或弧形贴壁安装模块构成。冷端模块有冷端模块非热伏发电和冷端模块热伏发电两种结构。本发明采用热伏发电和透平机带动发电机两种发电模式，提高综合发电效率，设计了热端恒温控制结构和控制方法，满足生产设备的恒温需求。

Description

热端恒温导热型余热发电装置

技术领域

本发明涉及一种余热发电，具体是一种热端恒温导热型余热发电装置。

背景技术

节能减排是国家基本政策。在工业生产中，常有能耗高、排放量大的情况，导致生产不可持续。热能排放是工业生产主要排放之一，若将工业排放的热能转换为电能，既减少了热能排放，增加了能源，对节能减排具有重要作用，还有效减缓地区温室效应，保护自然环境。近年来，利用余热发电的设备和方法已多有研究。申请号为201910814017.3的《一种双工质朗肯循环余热发电方法、系统及发电机》，采用双蒸发压力余热锅炉，通过高压蒸汽热回收系统回收高压蒸汽，低压蒸汽热回收系统回收低压蒸汽，实现蒸汽余热的阶梯级回收利用，有效利用蒸汽余热，相对于单一蒸发压力余热锅炉，可以有效提高进入汽轮机的主蒸汽参数，提高汽轮机发电效率。申请号为201910992548.1的《基于母管制的热回收焦炉余热发电系统》基于母管制设置，回收热回收焦炉余热。上述发明均对能源回收起到了好的回收效果，但是存在的问题是：发电形式单一，余热利用不充分；热端温度不可控，对于需要恒温的生产设备，使用过程中存在缺陷。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术不足，提供一种充分发挥余热，综合发电效率高，热端恒温，对于需要恒温的生产设备，不造成任何影响的余热发电装置。

本发明的目的是这样达到的：发电装置由恒温控制模块、传热发电模块、透平发电模块三个模块构成。恒温控制模块实现对传热发电模块的热端温度的控制；传热发电模块在发电的同时，给透平发电模块带来热能；透平发电模块将传热发电模块的热能转换为电能。

所述传热发电模块由多个单管传热发电器件组合而成。

单管传热发电器件由传热主体结构热端模块、冷端模块三部分构成。

在热端模块上安装温度传感器；冷端模块上安装热工质出口、冷端模块工质入口、冷工质入口、阀门、阀门执行器。透平发电模块的工质从冷工质入口流入，经过阀门，进入冷端模块的冷端模块工质入口；工质在冷端模块中被加热，加热后的工质从冷端模块的热工质出口流出，并连接到透平发电模块。阀门执行器(控制阀门的开合程度，以控制工质流量。

所述恒温控制模块含微处理器和测温模块、驱动模块，温度传感器输出接口将温度传感器连接线连接到测温模块，测温模块通过温度传感器传来的信号测量温度传感器安装位置的温度，并将温度输送给微处理器，微处理器通过对单管传热发电器件的阀门的开合程度的控制实现冷端模块热工质流量的控制，进而实现热端模块温度实时控制。

所述透平发电模块采用ORC发电机；透平发电模块ORC发电机的工质泵输出的工质输入透平冷工质输入接口；透平热工质输出接口输出加热后的工质，并连接到ORC发电机的膨胀机工质输入接口。

所述传热主体结构由外壳、内芯、工质构成。

外壳为内部为柱状空心的封闭型圆柱体结构；外壳外部材料为金属材料，内芯金属丝网构成，内芯紧贴外壳内部柱状空心体内壁。外壳内部柱状空心体内装工质，工质体积为外壳内部柱状空心体体积的0.2-0.6倍之间；外壳装入工质后抽真空，并采用熔焊工艺将外壳密封。

热端模块焊接在传热主体结构的一端，称为传热主体结构的热端；冷端模块焊接在传热主体结构的另一端，称为传热主体结构的冷端。

所述热端模块由导热模块、热端热伏发电热端模块、贴壁安装模块构成。热端热伏发电热端模块紧贴在贴壁安装模块，传热主体结构安装在导热模块。根据使用工况的不同，贴壁安装模块分为平面形贴壁安装模块和弧形贴壁安装模块。

导热模块为中间含一个主体焊接孔的长方体，由金属材料构成，设其长为L,高为H。以导热模块前侧面中心和后侧面中心为轴心，掏一个直径为D的圆柱状空心孔，称为主体焊接孔；传热主体结构穿过主体焊接孔，与导热模块焊接；导热模块右侧面为发电芯片焊接面，用于焊接热伏发电热端模块。

热端热伏发电热端模块由多个温差发电芯片构成；温差发电芯片的冷端焊接在导热模块右侧面的发电芯片焊接面，温差发电芯片的热端焊接在平面形贴壁安装模块的发电芯片热端焊接面，或弧形贴壁安装模块的弧形发电芯片热端焊接面。各温差发电芯片之间电源线串联，串联后形成热伏发电热端模块的电源输出。

平面形贴壁安装模块为长方体结构，由金属材料构成，长和高均大于导热模块的长和高；设其长为L+x,高为H+y；在左侧面和右侧面的四个角均匀分布四个对穿的平面贴壁安装孔，四个平面贴壁安装孔对称，且孔心分布在长L+0.5x,宽H+0.5y的矩形四个角上，平面形贴壁安装模块左侧面为发电芯片热端焊接面，用于焊接温差发电芯片的热端；平面形贴壁安装模块右侧面为平面余热设备安装面，紧贴在余热设备上。

弧形贴壁安装模块由金属材料构成，弧形贴壁安装模块与生产设备紧贴的面为弧面，其他各面与平面型贴壁安装模块类似。

在左侧面和右侧面的四个角均匀分布四个对穿的弧面贴壁安装孔；弧形发电芯片热端焊接面用于焊接温差发电芯片的热端；弧面余热设备安装面为弧面余热设备安装面，紧贴在具有弧面的余热设备上。

所述冷端模块有两种结构：冷端模块非热伏发电结构和冷端模块热伏发电结构；采用冷端模块非热伏发电结构的模块称为非热伏发电冷端模块；采用冷端模块热伏发电结构的模块称为热伏发电冷端模块。

非热伏发电冷端模块为一个管状金属圆柱体；管状金属圆柱体中间掏空成圆柱形，称为冷端空心圆柱；冷端空心圆柱截面圆直径为D，与传热主体结构外径相同；传热主体结构的冷端穿过非热伏发电冷端模块的冷端空心圆柱，与非热伏发电冷端模块焊接。

非热伏发电冷端模块顶面和底面呈圆环状，圆环状外侧有凸出的圆边，底面凸出的圆边称为底面外凸边，顶面凸出的圆边称为顶面外凸边；圆环状内侧圆也有凸出的圆边，底面凸出的圆边称为底面内凸边，顶面凸出的圆边称为顶面内凸边；外凸边和内凸边在同一个平面；外凸边与内凸边之间，有向内凹的圆环，称为中凹层，底面的中凹层称为底面中凹层和顶面的中凹层称为顶面中凹层。

在面底和顶面的中凹层之间，有对流孔，与非热伏发电冷端模块轴心平行呈圆柱状穿孔，对流孔为偶数个，对流孔轴心与非热伏发电冷端模块轴心平行，对流孔的轴心以非热伏发电冷端模块轴心为圆心，以内凸边外径与外凹边内径平均值为直径的的圆上均匀分布；顶面盖板、底面盖板分设在顶面和底面两端，顶面盖板、底面盖板上连有顶面盖板流体接口与底面盖板流体接口。

底面盖板与顶面盖板形状与大小相同，均为圆环形金属板。底面盖板和顶面盖板的圆环内直径为D，与传热主体结构外径相同；外直径与外凸边外径相同；底面盖板上安装一个圆筒，称之为底面盖板流体接口；顶面盖板上安装一个圆筒，称之为顶面盖板流体接口；顶面盖板与顶面的外凸边；和顶面内凸边焊接并密封；底面盖板与底面外凸边和底面内凸边焊接并密封。

底面盖板流体接口和顶面盖板流体接口与流体管道连接，流体从非热伏发电冷端模块底面盖板流体接口流入，穿过对流孔，从顶面盖板流体接口流出；或者从非热伏发电冷端模块顶面盖板流体接口流入，穿过对流孔，从底面盖板流体接口流出。

热伏发电冷端模块由冷端主体、热伏发电冷端模块、冷端对流模块构成。

冷端主体为横截面为正八边形的柱状体，柱状体正中间掏空成空心圆柱；掏空的空心圆柱截面圆的直径为D；冷端主体由金属材料构成；冷端主体掏空的空心圆柱装入传热主体结构冷端的外壳，并与传热主体结构通过熔焊工艺焊接；冷端主体外侧有8个冷端主体侧面，八个冷端主体侧面焊接热伏发电冷端模块，热伏发电冷端模块外侧焊接冷端对流模块。

热伏发电冷端模块由多个相同型号的温差发电芯片构成；冷端主体侧面的每一面由相同数量的温差发电芯片串联，构成热伏发电冷端模块；热伏发电冷端模块的温差发电芯片的热端焊接在冷端主体侧面，温差发电芯片的冷端与冷端对流模块焊接。

冷端对流模块为金属长方体，长方体的长和宽与冷端主体侧面的长和宽相同，与冷端主体侧面大小一致的内侧面与温差发电芯片的冷端焊接。

冷端对流模块与冷端主体空心圆柱轴心垂直的两个平面称为冷端左侧面和冷端右侧面；冷端左侧面和冷端右侧面分别有凹进去的矩形凹槽，分别称为左侧面矩形凹槽和右侧面矩形凹槽，凹槽周边凸出的边分别为左侧凸边、右侧凸边；左侧面矩形凹槽、右侧面矩形凹槽大小相等，其长和宽小于冷端左侧面或冷端右侧面的长和宽。

左、右矩形槽上有盖板，分别称为左侧面盖板和右侧面盖板，左侧面盖板和右侧面盖板形状相同，为板状矩形，矩形大小与冷端对流模块左侧面或右侧面大小相等；采用金属材料制作；右侧面盖板中间有右侧面连接管口，左侧面盖板中间有左侧面连接管口；左侧面连接管口和右侧面连接管口为筒状，右侧面盖板中间开有一圆孔，用于焊接右侧面连接管口；左侧面盖板中间开有一圆孔，用于焊接左侧面连接管口；右侧面盖板焊接在冷端对流模块右侧凸边上；左侧面盖板焊接在冷端对流模块左侧凸边上。

在左侧面矩形凹槽和右侧面矩形凹槽之间，有若干个圆柱状的模块对流孔，模块对流孔的轴心与冷端主体空心圆柱轴心平行；同一冷端对流模块的模块对流孔大小相同，且轴心位于同一平面；轴心组成平面与冷端主体侧面平行。

流体从左侧面连接管口输入，流过模块对流孔后，从右侧面连接管口输出；或从右侧面连接管口输入，流过模块对流孔后，从左侧面连接管口输出。

所述传热发电模块由多个单管传热发电器件组合而成，其单管传热发电器件有二种构成方法，分别为：热端热伏发电模式，双端热伏发电模式。

热端热伏发电模式：温度传感器安装在平面形贴壁安装模块的发电芯片热端焊接面或弧形贴壁安装模块的发电芯片热端焊接面上；冷端模块采用冷端模块非热伏发电设计方案，从热端热伏发电热端模块引出电源输出导线。底面盖板流体接口为热工质出口，顶面盖板流体接口为冷端模块工质入口；或者底面盖板流体接口为冷端模块工质入口，顶面盖板流体接口为热工质出口。

双端热伏发电模式：温度传感器安装在平面形贴壁安装模块的发电芯片热端焊接面或弧形贴壁安装模块的发电芯片热端焊接面上；冷端模块采用冷端模块热伏发电设计方案；热伏发电冷端模块与热伏发电热端模块的电源串联后，从串联输出引出电源输出导线；冷端模块左侧流体接口为热工质出口，冷端模块右侧流体接口为冷端模块工质入口；或者冷端模块左侧流体接口为冷端模块工质入口，冷端模块右侧流体接口为热工质出口。

所述传热发电模块由多跟单管传热发电器件组合而成，传热发电模块组成结构为：每根单管传热器件的温度传感器连接到温度传感器输出接口，温度传感器输出接口将温度传感器连接线连接到恒温控制模块；如果含热伏发电模块，热伏发电电源输出连接到热伏输出电源接口，热伏输出电源接口将单管传热器件的热伏电源并联后对外输出电能；传热发电模块含阀门控制输入接口，恒温控制模块对阀门执行器的控制线连接到阀门控制接口，通过阀门控制接口分别连接到阀门控制器；传热发电模块的透平冷工质输入接口，与透平发电机工质输出接口连接，并通过透平三通连接到单管传热发电器件冷工质入口；传热发电模块的透平热工质输出接口与透平发电机工质输入接口连接，并通过透平三通，连接到单管传热发电器件热工质出口。

设有R根单管传热发电器件，则透平冷工质输入接口和透平热工质输出接口上需分别连接R-1个透平三通；按离透平发电模块由远至近，分别对单管传热发电器件编号，依次编号为1号单管传热发电器件、2号单管传热发电器件、……、R-1号单管传热发电器件、R号单管传热发电器件；按离透平发电模块由远至近，分别对透平冷工质输入接口的透平三通和透平热工质输出接口的透平三通编号，依次编号为1号透平三通、2号透平三通、……、R-2号透平三通、R-1号透平三通；

透平冷工质输入接口的透平三通连接方式为；

1号透平三通的三个端口分别与1号单管传热发电器件的冷工质入口，2号单管传热发电器件的冷工质入口，1号透平三通的其中一个端口，通过管件连接；

I(i大于1，小于R-1)号透平三通的三个端口分别与i+1号单管传热发电器件的冷工质入口，i-1号透平三通的其中一个端口，i+1号透平三通的其中一个端口，通过管件连接。

R-1号透平三通的三个端口分别与R号单管传热发电器件的冷工质入口，R-2号透平三通的其中一个端口，透平冷工质输入接口，通过管件连接；

透平热工质输出接口的透平三通与透平冷工质输入接口透平三通连接方式相近。

所述冷端主体上连有八个冷端对流模块，其连接关系为：

八个冷端对流模块按相邻关系依次编号为1号、2号、……、8号；

在冷端对流模块左侧，共有7个左侧冷端对流模块三通管件，按相邻关系依次编号为1号、2号、7号；有8个左侧面连接管口，按相邻关系依次编号为1号、2号、8号；

1号左侧冷端对流模块三通管件的三端通过管件分别与1号冷端对流模块左侧面连接管口、2号冷端对流模块左侧面连接管口、2号左侧冷端对流模块三通管件的一端连接；

2号左侧冷端对流模块三通管件的三端通过管件分别与3号冷端对流模块左侧面连接管口、1号左侧冷端对流模块三通管件的一端、3号左侧冷端对流模块三通管件的一端连接；

3号左侧冷端对流模块三通管件的三端通过管件分别与4号冷端对流模块左侧面连接管口、2号左侧冷端对流模块三通管件的一端、4号左侧冷端对流模块三通管件的一端连接；

……

6号左侧冷端对流模块三通管件的三端通过管件分别与7号冷端对流模块左侧面连接管口、5号左侧冷端对流模块三通管件的一端、7号左侧冷端对流模块三通管件的一端连接；

7号左侧冷端对流模块三通管件的三端通过管件分别与8号冷端对流模块左侧面连接管口、6号左侧冷端对流模块三通管件的一端、冷端模块左侧流体接口连接；在冷端对流模块右侧，共有7个右侧冷端对流模块三通管件、按相邻关系依次编号为1号、2号、……、7号；有8个右侧面连接管口，按相邻关系依次编号为1号、2号、……、8号；

1号右侧冷端对流模块三通管件的三端通过管件分别与1号冷端对流模块右侧面连接管口、2号冷端对流模块右侧面连接管口、2号右侧冷端对流模块三通管件的一端连接；

2号右侧冷端对流模块三通管件的三端通过管件分别与3号冷端对流模块右侧面连接管口、1号右侧冷端对流模块三通管件的一端、3号右侧冷端对流模块三通管件的一端连接；

3号右侧冷端对流模块三通管件的三端通过管件分别与4号冷端对流模块右侧面连接管口、2号右侧冷端对流模块三通管件的一端、4号右侧冷端对流模块三通管件的一端连接；

……

6号右侧冷端对流模块三通管件的三端通过管件分别与7号冷端对流模块右侧面连接管口、5号右侧冷端对流模块三通管件的一端、7号右侧冷端对流模块三通管件的一端连接；

7号右侧冷端对流模块三通管件的三端通过管件分别与8号冷端对流模块右侧面连接管口、6号右侧冷端对流模块三通管件的一端、冷端模块右侧流体接口连接；冷端模块左侧流体接口连接在左侧冷端对流模块三通管件一端，冷端模块右侧流体接口连接在右侧冷端对流模块三通另一端。

所述恒温控制模块中，微处理器控制流程：设1号单管传热发电器件对应的温度传感器为1号温度传感器，对应的阀为1号阀；2号单管传热发电器件对应的温度传感器为2号温度传感器，对应的阀为2号阀；……；R-1号单管传热发电器件对应的温度传感器为R-1号温度传感器，对应的阀为R-1号阀；R号单管传热发电器件对应的温度传感器为R号温度传感器，对应的阀为R号阀；

第一步 设置初始参数，所设置初始参数有：第i号温度传感器最大值Max(i),第i号温度传感器最小值Min(i),增加或减少一个步长工质流量的流量值；第i号阀门初始状态控制；i的值为1-R；

第二步i＝1；

第三步：读入第i号温度传感器温度数据T；

第四步：判断T是否大于Max(i)，是：控制第i号阀增加一个步长工质流量，转入第六步，否：转入第五步；

第五步：判断T是否小于Min(i)，是：控制第i号阀减少一个步长工质流量，转入第六步，否：转入第六步；

第六步：i＝i+1；

第七步：判断i是否大于R。是：转入第二步；否：转入第三步。

本发明的积极效果是:

(1)采用热伏发电和透平机带动发电机两种发电方法的综合发电模式，充分发挥余热能源，提高综合发电效率；

(2)本装置热端恒温设计，对于需要恒温生产的设备，本装置不会对生产造成任何影响；

(3)采用相变传热方式，通过提高余热传热效率来提高发电效率。

附图说明

图1为本余热发电机总体结构图。

图2为单管传热发电器件结构示意图。

图3为传热主体结构侧面示意图。

图4为传热主体结构剖面示意图。

图5为外壳结构示意图。

图6采用平面形贴壁安装模块的热端模块正视图。

图7为采用平面形贴壁安装模块的热端模块俯视图

图8为采用弧形贴壁安装模块的热端模块正视图。

图9为采用弧形贴壁安装模块的热端模块俯视图。

图10为导热模块结构示意图。

图11为实施例平面形贴壁安装模块示意图。

图12为实施例中，平面形贴壁安装模块用于具有平面散热面的生产设备安装示意正视图。

图13为实施例中，平面形贴壁安装模块用于具有平面散热面的生产设备安装示意俯视图。

图14为实施例弧形贴壁安装模块结构示意图。

图15实施例弧形贴壁安装模块安装方式俯视图。

图16冷端模块非热伏发电冷端模块非热伏发电设计正视图.

图17以其中一个对流孔轴心和非热伏发电冷端模块轴心为平面的剖面图。

图18冷端模块非热伏发电冷端模块底面盖板示意图.

图19冷端模块非热伏发电冷端模块顶面盖板示意图。

图20冷端模块热伏发电设计方案主视图。

图21冷端主体结构示意图。

图22冷端对流模块左侧侧视图。

图23冷端对流模块的冷端对流孔轴心平面的剖面图.

图24冷端对流模块左侧盖板示意图.

图25冷端对流模块右侧盖板示意图.

图26冷端主体上八个冷端对流模块连接关系示意图。

图27传热发电模块由多个单管传热发电器件组合示意图。

图28恒温控制模块结构示意图。

图29微处理器程序流程图。

图中，1恒温控制模块，2传热发电模块，3透平发电模块，4热端模块，5、5-1、5-2、5-3、5-4传热主体结构，6冷端模块，7外壳，8内芯，9工质，10外壳外部材料，11外壳内部柱状空心体，21外凸边，21-1、21-2底面外凸边，21-3、21-4顶面外凸边，22中凹层，22-1、22-2底面中凹层，22-3、22-4顶面中凹层；23内凸边，23-1、23-2底面内凸边，23-3、23-4顶面内凸边，24-a、24-b对流孔，24-1、24-2、……、24-K对流孔，26底面盖板流体接口，27底面盖板，28顶面盖板，29顶面盖板流体接口，31冷端主体，32-1、32-2、……、32-8热伏发电冷端模块，33-1、33-2、……、33-8冷端对流模块，35冷端主体空心圆柱，36-1、36-2、……、36-8冷端主体侧面，40-1、40-2右侧凸边，40-3、40-4左侧凸边，41矩形凹槽，41-1右侧面矩形凹槽41-2左侧面矩形凹槽，42-1、42-2、……、42-7模块对流孔，43右侧面盖板，44右侧面连接管口，44-1、44-2、……、44-8右侧面连接管口，45左侧面连接管口，45-1、45-2、……、45-8左侧面连接管口，46左侧面盖板，51-1、51-2、……、51-8左侧冷端对流模块三通管件，52-1、52-2、……、52-8右侧冷端对流模块三通，53冷端模块左侧流体接口，54冷端模块右侧流体接口，70-1、70-2、……、70-R单管传热发电器件，71热伏输出电源接口，72温度传感器输出接口，73阀门控制输入接口，74透平冷工质输入接口，75透平热工质输出接口，76-a、76-b、76-c、76-d透平三通，80微处理器，81测温模块，82驱动模块，100、100-1、100-2、100-3、100-4导热模块，101、101-1、101-2、101-3、101-4热端热伏发电热端模块，102平面形贴壁安装模块，103、103-1、103-2、103-3、103-4弧形贴壁安装模块，110后侧面，111前侧面，112发电芯片焊接面，113主体焊接孔，115-1、115-2、115-3、115-4平面贴壁安装孔，116发电芯片热端焊接面，117平面余热设备安装面，120-1、120-2、120-3、120-4平面安装螺钉，121具有平面散热面的生产设备，130弧形发电芯片热端焊接面，131弧面余热设备安装面，132-1、132-2、132-3、132-4弧面贴壁安装孔，150具有弧面的柱状余热设备，151-1a、151-4a、151-1b、151-4b、151-1c、151-4c、151-1d、151-4d弧面安装螺钉。

具体实施方式

参见附图1.

本装置由恒温控制模块1、传热发电模块2、透平发电模块3构成。恒温控制模块1实现对传热发电模块2的热端温度的控制；传热发电模块在发电的同时，给透平发电模块3带来热能；透平发电模块将传热发电模块的热能转换为电能。

参见附图2.

传热发电模块2由多个单管传热发电器件组合而成。单管传热发电器件由传热主体结构5、热端模块4、冷端模块6三部分构成。在热端模块4上安装温度传感器60；冷端模块6上安装热工质出口63、冷端模块工质入口64、冷工质入口65、阀门62、阀门执行器61；透平发电模块3的工质从冷工质入口65流入，经过阀门62，进入冷端模块6的冷端模块工质入口64；工质在冷端模块6中被加热，加热后的工质从冷端模块的热工质出口63流出，并连接到透平发电模块3；阀门执行器61控制阀门的开合程度，以控制工质流量。本实施例中，温度传感器采用颜历自动化仪表(上海)有限公司生产的：K型铠装热电偶WRNK-191。阀门采用西门子公司生产的阀门，型号：VVF40；阀门执行器：西门子公司生产的电动液压阀门执行器，型号SKD62。

参见附图3～5.

传热主体结构5由外壳7、内芯8、工质9构成；外壳为内部为柱状空心的封闭型圆柱体结构；外壳外部材料10为金属材料，本实施例采用铜。内芯8金属丝网构成，本实施例采用铜质丝网。内芯紧贴外壳内部柱状空心体11内壁；外壳内部柱状空心体内装工质9，工质体积为外壳内部柱状空心体的0.2-0.6倍之间；外壳装入工质后抽真空，并采用熔焊工艺将外壳密封。本实施例工质采用水。

热端模块4焊接在传热主体结构5的一端，称为传热主体结构5的热端；冷端模块6焊接在传热主体结构5的另一端，称为传热主体结构5的冷端。

参见附图6～9。

热端模块4由导热模块100、热端热伏发电热端模块101、贴壁安装模块构成，热端热伏发电热端模块101紧贴在贴壁安装模块，传热主体结构5安装在导热模块100；根据使用工况的不同，贴壁安装模块分为平面形贴壁安装模块102和弧形贴壁安装模块103。

平面形贴壁安装模块102为长方体结构，由金属材料构成，本实施例采用铜，长和高均大于导热模块的长和高；设其长为L+x,高为H+y；在左侧面和右侧面的四个角均匀分布四个对穿的平面贴壁安装孔，四个平面贴壁安装孔对称，且孔心分布在长L+0.5x,宽H+0.5y的矩形四个角上，平面形贴壁安装模块左侧面为发电芯片热端焊接面116，用于焊接温差发电芯片的热端；平面形贴壁安装模块右侧面为平面余热设备安装面117，紧贴在余热设备上。

弧形贴壁安装模块103由金属材料构成，本实施例采用铜，弧形贴壁安装模块103与生产设备紧贴的面为弧面，其他各面与平面型贴壁安装模块类似。

在左侧面和右侧面的四个角均匀分布四个对穿的弧面贴壁安装孔132-1、132-2、132-3、132-4；弧形发电芯片热端焊接面130用于焊接温差发电芯片的热端；弧面余热设备安装面131为弧面余热设备安装面，紧贴在具有弧面的余热设备上。

参见附图10.

导热模块100为中间含一个主体焊接孔的长方体，由金属材料构成。本实施例采用铜。设导热模块长为L，宽为W，高为H；导热模块上，以导热模块前侧面中心和后侧面中心为轴心，掏一个直径为D的圆柱状空心孔，称为主体焊接孔113；传热主体结构穿过主体焊接孔，与导热模块焊接。导热模块右侧面为发电芯片焊接面112，用于焊接热伏发电热端模块4。

热端热伏发电热端模块101由多个多个相同型号的温差发电芯片构成，本实施例选择湖北赛格瑞新能源科技有限公司生产的温差发电芯片，型号：TEG1-19913。；温差发电芯片的冷端焊接在导热模块右侧面的发电芯片焊接面112上，温差发电芯片的热端焊接在平面形贴壁安装模块102的发电芯片热端焊接面116或弧形贴壁安装模块103的弧形发电芯片热端焊接面130上；各温差发电芯片之间电源线串联，串联后形成热伏发电热端模块的电源输出。

参见附图11～13。

实施例1。

平面形贴壁安装模块以产生余热的，且具有平面散热面的设备为例。

平面形贴壁安装模块为长方体结构，由金属材料构成，实施例采用铜；长和高均大于导热模块的长和高；设其长为L+x,高为H+y。

在左侧面和右侧面的四个角均匀分布四个对穿的平面贴壁安装孔115-1、115-2、115-3、115-4，四个平面贴壁安装孔对称，且孔心分布在长L+0.5x,宽H+0.5y的矩形四个角上。平面形贴壁安装模块左侧面为温差发电芯片热端焊接面116，用于焊接温差发电芯片的热端。平面形贴壁安装模块右侧面为平面余热设备安装面117，紧贴在余热设备上。

实施例2.

参见附图14～15.

弧形贴壁安装模块安装到弧面散热设备上，尤其是外表面呈圆柱状的生产设备上。弧形贴壁安装模块与生产设备紧贴的面为弧面，其他各面与平面型贴壁安装模块类似。弧形贴壁安装模块由金属材料构成，实施例采用铜。

弧形贴壁安装模块103由金属材料构成，弧形贴壁安装模块103与生产设备紧贴的面为弧面，其他各面与平面型贴壁安装模块类似；在左侧面和右侧面的四个角均匀分布四个对穿的弧面贴壁安装孔132-1、132-2、132-3、132-4；本实施例中，在具有弧面的柱状余热设备150的四周，安装4个传热主体结构5-1、5-2、5-3、5-4，导热模块100-1、100-2、100-3、100-4，4个热端热伏发电热端模块101-1、101-2、101-3、101-4。

4个弧形贴壁安装模块103-1、103-2、103-3、103-4通过弧面安装螺钉151-1a、151-4a、151-1b、151-4b、151-1c、151-4c、151-1d、151-4d，将弧形贴壁安装模块固定在具有弧面的柱状余热设备150上。

参见附图16～19.

所述冷端模块6有两种结构：冷端模块非热伏发电结构和冷端模块热伏发电结构；采用冷端模块非热伏发电结构的模块称为非热伏发电冷端模块；采用冷端模块热伏发电结构的模块称为热伏发电冷端模块。

非热伏发电冷端模块为一个管状金属圆柱体，本实施例为铜；管状金属圆柱体中间掏空成圆柱形，称为冷端空心圆柱25；冷端空心圆柱截面圆直径为D，与传热主体结构5外径相同；传热主体结构5的冷端穿过非热伏发电冷端模块的冷端空心圆柱25，与非热伏发电冷端模块焊接。

非热伏发电冷端模块顶面和底面呈圆环状，圆环状外侧有凸出的圆边21，底面凸出的圆边称为底面外凸边21-1、21-2，顶面凸出的圆边称为顶面外凸边21-3、21-4；圆环状内侧圆也有凸出的圆边23，底面凸出的圆边称为底面内凸边23-1、23-2，顶面凸出的圆边称为顶面内凸边23-3、23-4；外凸边21和内凸边23在同一个平面；外凸边与内凸边之间，有向内凹的圆环，称为中凹层22，底面的中凹层称为底面中凹层22-1、22-2，顶面的中凹层称为顶面中凹层22-3、22-4。

在底面和顶面的中凹层之间，有对流孔24-a、24-b、24-1、24-2、……、24-K，与非热伏发电冷端模块轴心平行呈圆柱状穿孔，对流孔为偶数个，对流孔轴心与非热伏发电冷端模块轴心平行，对流孔的轴心以非热伏发电冷端模块轴心为圆心，以内凸边外径与外凹边内径平均值为直径的圆上均匀分布；顶面盖板28、底面盖板27分设在顶面和底面两端，顶面盖板28、底面盖板27上连有顶面盖板流体接口29与底面盖板流体接口26。

底面盖板27与顶面盖板28形状与大小相同，均为圆环形金属板，本实施例为铜；底面盖板和顶面盖板的圆环内直径为D，与传热主体结构5外径相同；外径与外凸边外径相同；底面盖板上安装一个圆筒，称之为底面盖板流体接口26；顶面盖板上安装一个圆筒，称之为顶面盖板流体接口29；顶面盖板28与顶面的外凸边21-3、21-4；和顶面内凸边23-3、23-4焊接并密封；底面盖板27与底面外凸边21-1、21-2和底面内凸边23-1、23-2焊接并密封。

顶面盖板28、底面盖板27分设在顶面和底面两端，顶面盖板28、底面盖板27上连有顶面盖板流体接口29与底面盖板流体接口26。

底面盖板流体接口26和顶面盖板流体接口29与流体管道连接，流体从非热伏发电冷端模块底面盖板流体接口26流入，穿过对流孔24-a、24-b、24-1、24-2、……、24-K)，从顶面盖板流体接口流出；或者从非热伏发电冷端模块顶面盖板流体接口29流入，穿过对流孔24-a、24-b、24-1、24-2、……、24-K从底面盖板流体接口26流出。

参见附图20～25。

热伏发电冷端模块由冷端主体31、热伏发电冷端模块32-1、32-2、……、32-8、冷端对流模块33-1、33-2、……、33-8构成。

冷端主体31为横截面为正八边形的柱状体，柱状体正中间掏空成空心圆柱35.掏空的空心圆柱35截面圆的直径为D；冷端主体由金属材料构成，本实施例采用铜。冷端主体掏空的空心圆柱装入传热主体结构冷端的外壳，并与传热主体结构通过熔焊工艺焊接；冷端主体外侧有8个冷端主体侧面36-1、36-2、……、36-8，八个冷端主体侧面焊接热伏发电冷端模块32-1、32-2、……、32-8，热伏发电冷端模块外侧焊接冷端对流模块33-1、33-2、……、33-8。

热伏发电冷端模块32-1、32-2、……、32-8由多个相同型号的温差发电芯片构成，本实施例选择湖北赛格瑞新能源科技有限公司生产的温差发电芯片，型号：TEG1-19913；冷端主体侧面的每一面由相同数量的温差发电芯片串联，构成热伏发电冷端模块；热伏发电冷端模块的温差发电芯片的热端焊接在冷端主体侧面，温差发电芯片的冷端与冷端对流模块焊接。

冷端对流模块33-1、33-2、……、33-8为金属长方体，实施例采用铜。长方体的长和宽与冷端主体侧面的长和宽相同，与冷端主体侧面大小一致的内侧面与温差发电芯片的冷端焊接。

冷端对流模块与冷端主体空心圆柱35轴心垂直的两个平面称为冷端左侧面和冷端右侧面；冷端左侧面和冷端右侧面分别有凹进去的矩形凹槽41，分别称为左侧面矩形凹槽41-2和右侧面矩形凹槽41-1，凹槽周边凸出的边40，分别称为左侧凸边40-3、40-4、右侧凸边40-1、40-2；左侧面矩形凹槽41-2、右侧面矩形凹槽41-1大小相等，其长和宽小于冷端左侧面或冷端右侧面的长和宽。

左、右矩形槽上有盖板，分别称为左侧面盖板46和右侧面盖板43，左侧面盖46和右侧面盖板43形状相同，为板状矩形，矩形大小与冷端对流模块左侧面或右侧面大小相等。采用金属材料制作，本实施例采用铜。右侧面盖板中间有右侧面连接管口44，左侧面盖板中间有左侧面连接管口45；左侧面连接管口45和右侧面连接管口44为筒状，右侧面盖板43间开有一圆孔，用于焊接右侧面连接管口；左侧面盖板中间开有一圆孔，用于焊接左侧面连接管口；右侧面盖板46焊接在冷端对流模块右侧凸边40-1、40-2上；左侧面盖板焊接在冷端对流模块左侧凸边40-3、40-4上。

在左侧面矩形凹槽和右侧面矩形凹槽之间，有若干个圆柱状的模块对流孔42-1、42-2、……、42-7，模块对流孔的轴心与冷端主体空心圆柱轴心平行；同一冷端对流模块的模块对流孔大小相同，且轴心位于同一平面；轴心组成平面与冷端主体侧面平行。

流体从左侧面连接管口45输入，流过模块对流孔42-1、42-2、……、42-7后，从右侧面连接管口44输出；或从右侧面连接管口输入，流过模块对流孔42-1、42-2、……、42-7后，从左侧面连接管口输出。

附图26给出了同一冷端主体上八个冷端对流模块连接方式。

八个冷端对流模块按相邻关系依次编号为1号、2号、8号；

在冷端对流模块左侧，共有7个左侧冷端对流模块三通管件51-1、51-2、……、51-7，按相邻关系依次编号为1号、2号、7号；有8个左侧面连接管口45-1、45-2、……、45-8，按相邻关系依次编号为1号、2号、……、8号；

1号左侧冷端对流模块三通管件的三端通过管件分别与1号冷端对流模块左侧面连接管口、2号冷端对流模块左侧面连接管口、2号左侧冷端对流模块三通管件的一端连接；

2号左侧冷端对流模块三通管件的三端通过管件分别与3号冷端对流模块左侧面连接管口、1号左侧冷端对流模块三通管件的一端、3号左侧冷端对流模块三通管件的一端连接；

3号左侧冷端对流模块三通管件的三端通过管件分别与4号冷端对流模块左侧面连接管口、2号左侧冷端对流模块三通管件的一端、4号左侧冷端对流模块三通管件的一端连接；

……

6号左侧冷端对流模块三通管件的三端通过管件分别与7号冷端对流模块左侧面连接管口、5号左侧冷端对流模块三通管件的一端、7号左侧冷端对流模块三通管件的一端连接；

7号左侧冷端对流模块三通管件的三端通过管件分别与8号冷端对流模块左侧面连接管口、6号左侧冷端对流模块三通管件的一端、冷端模块左侧流体接口53连接；

在冷端对流模块右侧，共有7个右侧冷端对流模块三通管件(52-1～52-7)、按相邻关系依次编号为1号、2号、……、7号；有8个右侧面连接管口44-1～4-8，按相邻关系依次编号为1号、2号、……、8号；

1号右侧冷端对流模块三通管件的三端通过管件分别与1号冷端对流模块右侧面连接管口、2号冷端对流模块右侧面连接管口、2号右侧冷端对流模块三通管件的一端连接；

2号右侧冷端对流模块三通管件的三端通过管件分别与3号冷端对流模块右侧面连接管口、1号右侧冷端对流模块三通管件的一端、3号右侧冷端对流模块三通管件的一端连接；

3号右侧冷端对流模块三通管件的三端通过管件分别与4号冷端对流模块右侧面连接管口、2号右侧冷端对流模块三通管件的一端、4号右侧冷端对流模块三通管件的一端连接；

……

6号右侧冷端对流模块三通管件的三端通过管件分别与7号冷端对流模块右侧面连接管口、5号右侧冷端对流模块三通管件的一端、7号右侧冷端对流模块三通管件的一端连接；

7号右侧冷端对流模块三通管件的三端通过管件分别与8号冷端对流模块右侧面连接管口、6号右侧冷端对流模块三通管件的一端、冷端模块右侧流体接口54连接。

上述对流模块三通管件采用铜质三通管件。

冷端模块左侧流体接口53连接在左侧冷端对流模块三通管件51-7一端，冷端模块右侧流体接口54连接在右侧冷端对流模块三通52-7另一端。

参见附图27。

传热发电模块2由多跟单管传热发电器件70-1、70-2、……、70-R组合而成。传热发电模块组成结构为：每根单管传热器件的温度传感器连接到温度传感器输出接口72，温度传感器输出接口72将温度传感器连接线连接到恒温控制模块1；如果含热伏发电模块，热伏发电电源输出连接到热伏输出电源接口71，热伏输出电源接口71将单管传热器件的热伏电源并联后对外输出电能；传热发电模块含阀门控制输入接口73，恒温控制模块1对阀门执行器的控制线连接到阀门控制接口73，通过阀门控制接口分别连接到阀门控制器；传热发电模块的透平冷工质输入接口74，与透平发电机工质输出接口连接，并通过透平三通76-a、……、76-c、连接到单管传热发电器件冷工质入口；传热发电模块的透平热工质输出接口75与透平发电机工质输入接口连接，并通过透平三通76-b、……、76-d，连接到单管传热发电器件热工质出口。

设有R根单管传热发电器件，则透平冷工质输入接口和透平热工质输出接口上需分别连接R-1个透平三通；按离透平发电模块由远至近，分别对单管传热发电器件编号，依次编号为1号单管传热发电器件、2号单管传热发电器件、……、R-1号单管传热发电器件、R号单管传热发电器件；按离透平发电模块由远至近，分别对透平冷工质输入接口的透平三通和透平热工质输出接口的透平三通编号，依次编号为1号透平三通、2号透平三通、……、R-2号透平三通、R-1号透平三通；

透平冷工质输入接口的透平三通连接方式为；

1号透平三通的三个端口分别与1号单管传热发电器件的冷工质入口，2号单管传热发电器件的冷工质入口，1号透平三通的其中一个端口，通过管件连接；

i(i大于1，小于R-1)，号透平三通的三个端口分别与i+1号单管传热发电器件的冷工质入口，i-1号透平三通的其中一个端口，i+1号透平三通的其中一个端口，通过管件连接。

R-1号透平三通的三个端口分别与R号单管传热发电器件的冷工质入口，R-2号透平三通的其中一个端口，透平冷工质输入接口，通过管件连接。

透平热工质输出接口的透平三通与透平冷工质输入接口透平三通连接方式相近。

单管传热发电器件有二种构成方法：热端热伏发电模式，双端热伏发电模式。

热端热伏发电模式：温度传感器安装在平面形贴壁安装模块102的发电芯片热端焊接面116或弧形贴壁安装模块103的发电芯片热端焊接面130上；冷端模块采用冷端模块非热伏发电设计方案，从热端热伏发电热端模块引出电源输出导线；底面盖板流体接口26为热工质出口，顶面盖板流体接口29为冷端模块工质入口；或者底面盖板流体接口为冷端模块工质入口，顶面盖板流体接口为热工质出口。

双端热伏发电模式：温度传感器安装在平面形贴壁安装模块102的发电芯片热端焊接面116上或弧形贴壁安装模块103的发电芯片热端焊接面130上；冷端模块采用冷端模块热伏发电设计方案；热伏发电冷端模块与热伏发电热端模块的电源串联后，从串联输出引出电源输出导线；冷端模块左侧流体接口53为热工质出口，冷端模块右侧流体接口54为冷端模块工质入口；或者冷端模块左侧流体接口为冷端模块工质入口，冷端模块右侧流体接口为热工质出口。

参见附图28～29.

恒温控制模块含微处理器80和测温模块81、驱动模块82，温度传感器输出接口将温度传感器连接线连接到测温模块81，测温模块通过温度传感器传来的信号测量温度传感器安装位置的温度，并将温度输送给微处理器80，微处理器通过对单管传热发电器件的阀门的开合程度的控制实现冷端模块热工质流量的控制，进而实现热端模块温度实时控制。

控制流程：设1号单管传热发电器件对应的温度传感器为1号温度传感器，对应的阀为1号阀；2号单管传热发电器件对应的温度传感器为2号温度传感器，对应的阀为2号阀；……；R-1号单管传热发电器件对应的温度传感器为R-1号温度传感器，对应的阀为R-1号阀；R号单管传热发电器件对应的温度传感器为R号温度传感器，对应的阀为R号阀；

第一步 设置初始参数，所设置初始参数有：第i号温度传感器最大值Max(i),第i号温度传感器最小值Min(i),增加或减少一个步长工质流量的流量值；第i号阀门初始状态控制；i的值为1-R；

第二步 i＝1；

第三步：读入第i号温度传感器温度数据T；

第四步：判断T是否大于Max(i)，是：控制第i号阀增加一个步长工质流量，转入第六步，否：转入第五步；

第五步：判断T是否小于Min(i)，是：控制第i号阀减少一个步长工质流量，转入第六步，否：转入第六步；

第六步：i＝i+1；

第七步：判断i是否大于R。是：转入第二步；否：转入第三步。

实施例中，透平发电模块采用ORC发电机；透平发电模块ORC发电机的工质泵输出的工质输入透平冷工质输入接口74；透平热工质输出接口75输出加热后的工质，并连接到ORC发电机的膨胀机工质输入接口。

Claims (8)

1.一种热端恒温对流换热型余热发电装置，其特征在于：装置由恒温控制模块(1)、传热发电模块(2)、透平发电模块(3)三个模块构成；恒温控制模块(1)实现对传热发电模块(2)的热端温度的控制；传热发电模块在发电的同时，给透平发电模块(3)带来热能；透平发电模块将传热发电模块的热能转换为电能；

所述传热发电模块(2)由多个单管传热发电器件组合而成；

单管传热发电器件由传热主体结构(5)、热端模块(4)、冷端模块(6)三部分构成；

在热端模块(4)上安装温度传感器(60)；冷端模块(6)上安装热工质出口(63)、冷端模块工质入口(64)、冷工质入口(65)、阀门(62)、阀门执行器(61)；透平发电模块(3)的工质从冷工质入口(65)流入，经过阀门(62)，进入冷端模块(6)的冷端模块工质入口(64)；工质在冷端模块(6)中被加热，加热后的工质从冷端模块的热工质出口(63)流出，并连接到透平发电模块(3)；阀门执行器(61)控制阀门的开合程度，以控制工质流量；

所述恒温控制模块含微处理器(80)和测温模块(81)、驱动模块(82)，温度传感器输出接口将温度传感器连接线连接到测温模块(81)，测温模块通过温度传感器传来的信号测量温度传感器安装位置的温度，并将温度输送给微处理器(80)，微处理器通过对单管传热发电器件的阀门(62)的开合程度的控制实现冷端模块热工质流量的控制，进而实现热端模块温度实时控制；

所述透平发电模块采用ORC发电机；透平发电模块ORC发电机的工质泵输出的工质输入透平冷工质输入接口(74)；透平热工质输出接口(75)输出加热后的工质，并连接到ORC发电机的膨胀机工质输入接口。

2.如权利要求1所述的热端恒温对流换热型余热发电装置，其特征在于：所述传热主体结构(5)由外壳(7)、内芯(8)、工质(9)构成；

外壳为内部为柱状空心的封闭型圆柱体结构；外壳外部材料(10)为金属材料，内芯(8)金属丝网构成，内芯紧贴外壳内部柱状空心体(11)内壁；外壳内部柱状空心体内装工质(9)，工质体积为外壳内部柱状空心体体积的0.2-0.6倍之间；外壳装入工质后抽真空，并采用熔焊工艺将外壳密封；

热端模块(4)焊接在传热主体结构(5)的一端，称为传热主体结构(5)的热端；冷端模块(6)焊接在传热主体结构(5)的另一端，称为传热主体结构(5)的冷端。

3.如权利要求1所述的热端对流换热型余热发电装置，其特征在于：所述热端模块(4)由导热模块(100)、热端热伏发电热端模块(101)、贴壁安装模块构成，热端热伏发电热端模块(101)紧贴在贴壁安装模块，传热主体结构(5)安装在导热模块(100)；根据使用工况的不同，贴壁安装模块分为平面形贴壁安装模块(102)和弧形贴壁安装模块(103)；

导热模块(100)为中间含一个主体焊接孔的长方体，由金属材料构成，设其长为L,高为H；以导热模块前侧面中心和后侧面中心为轴心，掏一个直径为D的圆柱状空心孔，称为主体焊接孔(113)；传热主体结构(5)穿过主体焊接孔，与导热模块焊接；导热模块右侧面为发电芯片焊接面(112)，用于焊接热伏发电热端模块；

热端热伏发电热端模块(101)由多个温差发电芯片构成；温差发电芯片的冷端焊接在导热模块右侧面的发电芯片焊接面(112)，温差发电芯片的热端焊接在平面形贴壁安装模块(102)的发电芯片热端焊接面(116)，或弧形贴壁安装模块(103)的弧形发电芯片热端焊接面(130)；各温差发电芯片之间电源线串联，串联后形成热伏发电热端模块的电源输出；

平面形贴壁安装模块(102)为长方体结构，由金属材料构成，长和高均大于导热模块的长和高，设其长为L+x,高为H+y；在左侧面和右侧面的四个角均匀分布四个对穿的平面贴壁安装孔(115-1、115-2、115-3、115-4)，四个平面贴壁安装孔对称，且孔心分布在长L+0.5x,宽H+0.5y的矩形四个角上，平面形贴壁安装模块左侧面为发电芯片热端焊接面(116)，用于焊接温差发电芯片的热端；平面形贴壁安装模块右侧面为平面余热设备安装面(117)，紧贴在余热设备上；

弧形贴壁安装模块(103)由金属材料构成，弧形贴壁安装模块(103)与生产设备紧贴的面为弧面，其他各面与平面型贴壁安装模块类似；在左侧面和右侧面的四个角均匀分布四个对穿的弧面贴壁安装孔(132-1、132-2、132-3、132-4)；弧形发电芯片热端焊接面(130)用于焊接温差发电芯片的热端；弧面余热设备安装面(131)为弧面余热设备安装面，紧贴在具有弧面的余热设备上。

4.如权利要求1所述的热端对流换热型余热发电装置，其特征在于：

所述冷端模块(6)有两种结构：冷端模块非热伏发电结构和冷端模块热伏发电结构；采用冷端模块非热伏发电结构的模块称为非热伏发电冷端模块；采用冷端模块热伏发电结构的模块称为热伏发电冷端模块；

非热伏发电冷端模块为一个管状金属圆柱体；管状金属圆柱体中间掏空成圆柱形，称为冷端空心圆柱(25)；冷端空心圆柱截面圆直径为D，与传热主体结构(5)外径相同；传热主体结构(5)的冷端穿过非热伏发电冷端模块的冷端空心圆柱(25)，与非热伏发电冷端模块焊接；

非热伏发电冷端模块顶面和底面呈圆环状，圆环状外侧有凸出的圆边(21)，底面凸出的圆边称为底面外凸边(21-1、21-2)，顶面凸出的圆边称为顶面外凸边(21-3、21-4)；圆环状内侧圆也有凸出的圆边(23)，底面凸出的圆边称为底面内凸边(23-1、23-2)，顶面凸出的圆边称为顶面内凸边(23-3、23-4)；外凸边(21)和内凸边(23)在同一个平面；外凸边与内凸边之间，有向内凹的圆环，称为中凹层(22)，底面的中凹层称为底面中凹层(22-1、22-2)，顶面的中凹层称为顶面中凹层(22-3、22-4)；

在底面和顶面的中凹层之间，有对流孔(24-a、24-b、24-1、24-2、……、24-K)，与非热伏发电冷端模块轴心平行呈圆柱状穿孔，对流孔为偶数个，对流孔轴心与非热伏发电冷端模块轴心平行，对流孔的轴心在以非热伏发电冷端模块轴心为圆心，以内凸边外径与外凹边内径平均值为直径的圆上均匀分布；顶面盖板(28)、底面盖板(27)分设在顶面和底面两端，顶面盖板(28)、底面盖板(27)上连有顶面盖板流体接口(29)与底面盖板流体接口(26)；

底面盖板(27)与顶面盖板(28)形状与大小相同，均为圆环形金属板；底面盖板和顶面盖板的圆环内直径为D，与传热主体结构(5)外径相同；外径与外凸边外径相同；底面盖板上安装一个圆筒，称之为底面盖板流体接口(26)；顶面盖板上安装一个圆筒，称之为顶面盖板流体接口(29)；顶面盖板(28)与顶面的外凸边(21-3、21-4)和顶面内凸边(23-3、23-4)焊接并密封；底面盖板(27)与底面外凸边(21-1、21-2)和底面内凸边(23-1、23-2)焊接并密封；

底面盖板流体接口(26)和顶面盖板流体接口(29)与流体管道连接，流体从非热伏发电冷端模块底面盖板流体接口(26)流入，穿过对流孔(24-a、24-b、24-1、24-2、……、24-K)，从顶面盖板流体接口流出；或者从非热伏发电冷端模块顶面盖板流体接口(29)流入，穿过对流孔(24-a、24-b、24-1、24-2、……、24-K)，从底面盖板流体接口(26)流出；

热伏发电冷端模块由冷端主体(31)、热伏发电冷端模块(32-1、32-2、……、32-8)、冷端对流模块(33-1、33-2、……、33-8)构成；

冷端主体(31)为横截面为正八边形的柱状体，柱状体正中间掏空成空心圆柱35；掏空的空心圆柱截面圆的直径为D；冷端主体由金属材料构成；冷端主体掏空的空心圆柱装入传热主体结构冷端的外壳，并与传热主体结构通过熔焊工艺焊接；冷端主体外侧有8个冷端主体侧面(36-1、36-2、……、36-8)，八个冷端主体侧面焊接热伏发电冷端模块(32-1、32-2、……、32-8)，热伏发电冷端模块外侧焊接冷端对流模块(33-1、33-2、……、33-8)；

热伏发电冷端模块(32-1、32-2、……、32-8)由多个相同型号的温差发电芯片构成；冷端主体侧面的每一面由相同数量的温差发电芯片串联，构成热伏发电冷端模块；热伏发电冷端模块的温差发电芯片的热端焊接在冷端主体侧面，温差发电芯片的冷端与冷端对流模块焊接；

冷端对流模块(33-1、33-2、……、33-8)为金属长方体，长方体的长和宽与冷端主体侧面的长和宽相同，与冷端主体侧面大小一致的内侧面与温差发电芯片的冷端焊接；

冷端对流模块与冷端主体空心圆柱(35)轴心垂直的两个平面称为冷端左侧面和冷端右侧面；冷端左侧面和冷端右侧面分别有凹进去的矩形凹槽(41)，分别称为左侧面矩形凹槽(41-2)和右侧面矩形凹槽(41-1)，凹槽周边凸出的边(40)分别称为左侧凸边(40-3、40-4)、右侧凸边(40-1、40-2)；左侧面矩形凹槽(41-2)、右侧面矩形凹槽(41-1)大小相等，其长和宽小于冷端左侧面或冷端右侧面的长和宽；

左、右矩形槽上有盖板，分别称为左侧面盖板(46)和右侧面盖板(43)，左侧面盖板(46)和右侧面盖板(43)形状相同，为板状矩形，矩形大小与冷端对流模块左侧面或右侧面大小相等；采用金属材料制作；右侧面盖板中间有右侧面连接管口(44)，左侧面盖板中间有左侧面连接管口(45)；左侧面连接管口(45)和右侧面连接管口(44)为筒状，右侧面盖板(43)中间开有一圆孔，用于焊接右侧面连接管口；左侧面盖板中间开有一圆孔，用于焊接左侧面连接管口；右侧面盖板(46)焊接在冷端对流模块右侧凸边上(40-1、40-2)；左侧面盖板焊接在冷端对流模块左侧凸边上(40-3、40-4)；

在左侧面矩形凹槽和右侧面矩形凹槽之间，有若干个圆柱状的模块对流孔(42-1、42-2、……、42-7)，模块对流孔的轴心与冷端主体空心圆柱轴心平行；同一冷端对流模块的模块对流孔大小相同，且轴心位于同一平面；轴心组成平面与冷端主体侧面平行；

流体从左侧面连接管口(45)输入，流过模块对流孔(42-1、42-2、……、42-7)后，从右侧面连接管口(44)输出；或从右侧面连接管口输入，流过模块对流孔(42-1、42-2、……、42-7)后，从左侧面连接管口输出。

5.如权利要求1所述的热端恒温对流换热型余热发电装置，其特征在于：所述传热发电模块(2)由多个单管传热发电器件组合而成，其单管传热发电器件有二种构成方法，分别为：热端热伏发电模式，双端热伏发电模式；

热端热伏发电模式：温度传感器安装在平面形贴壁安装模块(102)的发电芯片热端焊接面(116)或弧形贴壁安装模块(103)的发电芯片热端焊接面(130)上；冷端模块采用冷端模块非热伏发电设计方案，从热端热伏发电热端模块引出电源输出导线；底面盖板流体接口(26)为热工质出口，顶面盖板流体接口(29)为冷端模块工质入口；或者底面盖板流体接口为冷端模块工质入口，顶面盖板流体接口为热工质出口；

双端热伏发电模式：温度传感器安装在平面形贴壁安装模块(102)的发电芯片热端焊接面(116)或弧形贴壁安装模块(103)的发电芯片热端焊接面(130)上；冷端模块采用冷端模块热伏发电设计方案；热伏发电冷端模块与热端热伏发电热端模块的电源串联后，从串联输出引出电源输出导线；冷端模块左侧流体接口(53)为热工质出口，冷端模块右侧流体接口(54)为冷端模块工质入口；或者冷端模块左侧流体接口为冷端模块工质入口，冷端模块右侧流体接口为热工质出口。

6.如权利要求1所述的热端恒温对流换热型余热发电装置，其特征在于：所述传热发电模块(2)由多跟单管传热发电器件(70-1、70-2、……、70-R)组合而成，传热发电模块组成结构为：每根单管传热器件的温度传感器连接到温度传感器输出接口(72)，温度传感器输出接口(72)将温度传感器连接线连接到恒温控制模块(1)；如果含热伏发电模块，热伏发电电源输出连接到热伏输出电源接口(71)，热伏输出电源接口(71)将单管传热器件的热伏电源并联后对外输出电能；传热发电模块含阀门控制输入接口(73)，恒温控制模块(1)对阀门执行器的控制线连接到阀门控制接口(73)，通过阀门控制接口分别连接到阀门控制器；传热发电模块的透平冷工质输入接口(74)，与透平发电机工质输出接口连接，并通过透平三通(76-a、……、76-c)连接到单管传热发电器件冷工质入口；传热发电模块的透平热工质输出接口(75)与透平发电机工质输入接口连接，并通过透平三通(76-b、……、76-d)，连接到单管传热发电器件热工质出口；

设有R根单管传热发电器件，则透平冷工质输入接口和透平热工质输出接口上需分别连接R-1个透平三通；按离透平发电模块由远至近，分别对单管传热发电器件编号，依次编号为1号单管传热发电器件、2号单管传热发电器件、……、R-1号单管传热发电器件、R号单管传热发电器件；按离透平发电模块由远至近，分别对透平冷工质输入接口的透平三通和透平热工质输出接口的透平三通编号，依次编号为1号透平三通、2号透平三通、……、R-2号透平三通、R-1号透平三通；

透平冷工质输入接口的透平三通连接方式为；

1号透平三通的三个端口分别与1号单管传热发电器件的冷工质入口，2号单管传热发电器件的冷工质入口，2号透平三通的其中一个端口，通过管件连接；I，号透平三通的三个端口分别与i+1号单管传热发电器件的冷工质入口，i-1号透平三通的其中一个端口，i+1号透平三通的其中一个端口，通过管件连接；其中，i大于1，小于R-1，

R-1号透平三通的三个端口分别与R号单管传热发电器件的冷工质入口，R-2号透平三通的其中一个端口，透平冷工质输入接口(74)，通过管件连接；

透平热工质输出接口的透平三通与透平冷工质输入接口透平三通连接方式相近。

7.如权利要求4所述的热端恒温对流换热型余热发电装置，其特征在于：所述冷端主体上连有八个冷端对流模块(33-1、33-2、……、33-8)，其连接关系为：

八个冷端对流模块按相邻关系依次编号为1号、2号、……、8号；

在冷端对流模块左侧，共有7个左侧冷端对流模块三通管件(51-1、51-2、……、51-7)，按相邻关系依次编号为1号、2号、7号；有8个左侧面连接管口(45-1、45-2、……、45-8)，按相邻关系依次编号为1号、2号、8号；

1号左侧冷端对流模块三通管件的三端通过管件分别与1号冷端对流模块左侧面连接管口、2号冷端对流模块左侧面连接管口、2号左侧冷端对流模块三通管件的一端连接；

2号左侧冷端对流模块三通管件的三端通过管件分别与3号冷端对流模块左侧面连接管口、1号左侧冷端对流模块三通管件的一端、3号左侧冷端对流模块三通管件的一端连接；

3号左侧冷端对流模块三通管件的三端通过管件分别与4号冷端对流模块左侧面连接管口、2号左侧冷端对流模块三通管件的一端、4号左侧冷端对流模块三通管件的一端连接；

……

6号左侧冷端对流模块三通管件的三端通过管件分别与7号冷端对流模块左侧面连接管口、5号左侧冷端对流模块三通管件的一端、7号左侧冷端对流模块三通管件的一端连接；

7号左侧冷端对流模块三通管件的三端通过管件分别与8号冷端对流模块左侧面连接管口、6号左侧冷端对流模块三通管件的一端、冷端模块左侧流体接口(53)连接；

在冷端对流模块右侧，共有7个右侧冷端对流模块三通管件(52-1～52-7)、按相邻关系依次编号为1号、2号、……、7号；有8个右侧面连接管口(44-1～4-8)，按相邻关系依次编号为1号、2号、……、8号；

1号右侧冷端对流模块三通管件的三端通过管件分别与1号冷端对流模块右侧面连接管口、2号冷端对流模块右侧面连接管口、2号右侧冷端对流模块三通管件的一端连接；

2号右侧冷端对流模块三通管件的三端通过管件分别与3号冷端对流模块右侧面连接管口、1号右侧冷端对流模块三通管件的一端、3号右侧冷端对流模块三通管件的一端连接；

3号右侧冷端对流模块三通管件的三端通过管件分别与4号冷端对流模块右侧面连接管口、2号右侧冷端对流模块三通管件的一端、4号右侧冷端对流模块三通管件的一端连接；

……

6号右侧冷端对流模块三通管件的三端通过管件分别与7号冷端对流模块右侧面连接管口、5号右侧冷端对流模块三通管件的一端、7号右侧冷端对流模块三通管件的一端连接；

7号右侧冷端对流模块三通管件的三端通过管件分别与8号冷端对流模块右侧面连接管口、6号右侧冷端对流模块三通管件的一端、冷端模块右侧流体接口(54)连接；

冷端模块左侧流体接口(53)连接在左侧冷端对流模块三通管件(51-7)一端，冷端模块右侧流体接口(54)连接在右侧冷端对流模块三通(52-7)一端。

8.如权利要求1所述的热端恒温对流换热型余热发电装置，其特征在于：所述恒温控制模块中，微处理器控制流程：设1号单管传热发电器件对应的温度传感器为1号温度传感器，对应的阀为1号阀；2号单管传热发电器件对应的温度传感器为2号温度传感器，对应的阀为2号阀；……；R-1号单管传热发电器件对应的温度传感器为R-1号温度传感器，对应的阀为R-1号阀；R号单管传热发电器件对应的温度传感器为R号温度传感器，对应的阀为R号阀；

第一步 设置初始参数，所设置初始参数有：第i号温度传感器最大值Max(i),第i号温度传感器最小值Min(i),增加或减少一个步长工质流量的流量值；第i号阀门初始状态控制；i的值为1-R；

第二步i＝1；

第三步：读入第i号温度传感器温度数据T；

第四步：判断T是否大于Max(i)，是：控制第i号阀增加一个步长工质流量，转入第六步，否：转入第五步；

第五步：判断T是否小于Min(i)，是：控制第i号阀减少一个步长工质流量，转入第六步，否：转入第六步；

第六步：i＝i+1；

第七步：判断i是否大于R，是：转入第二步；否：转入第三步。

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