CN208207164U - 温差发电器低温特性实验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种温差发电器低温特性实验装置，所述实验装置包括：冷端，其端面平整；热端，其端面平整；温差发电片，位于所述冷端和热端之间，其采用液氮作为冷源，采用热水作为热源；测量显示单元，用于测量冷端、热端温度以及显示温差发电片输出电压和输出电流测量值；和为热源提供热量并调节热端温度的循环热水回路单元；所述温差发电片与所述冷端之间，以及该温差发电片与所述热端之间均设置有铜片，铜片与所述发电器的冷端面的接触面上，以及铜片与所述温差发电片的热端面的接触面上均设有扁平K型热电偶。通过本实用新型的实验装置可以测量温差发电器的低温发电的性能参数，从而便于对温差发电器低温发电性能的研究。
Description
技术领域
本实用新型属于温差发电技术领域，特别涉及一种温差发电器低温特性实验装置。
背景技术
温差发电技术是利用热电材料的塞贝克效应直接将热能转化为电能的技术，具有无需增加发动机负载、无噪声、体积小等特点，是一种较为理想的能量回收技术。利用温差发电技术进行发动机能量回收需要的前提是温差发电器两端有一定的温差，也即温差发电器需要冷源和热源。目前一般的温差发电都是基于常温甚至是高温，如果将温差发电技术应用于LNG发动机能量回收，就涉及到温差发电器在低温的特性，已有的研究表明，当温差发电模块P型材料为Bi2Te3–Sb2Te3，N型材料为Bi2Te3–Bi2Se3，冷端温度为130K，热端温度为290K时，温差发电系统的热转换效率能够达到9%；同时输出电动势受到冷端温度的影响，在采用上述相同材料时，研究结果表明冷端温度在-60℃~-70℃之间时温差发电系统输出电动势最大；当采用26片温差发电模块，利用温差发电技术和开架式LNG气化器结合在一起实现冷能的利用时，如果冷端温度为-120℃、发电模块两端温差保持120K时能够输出1.97W电能。
可见，当温差发电器处于低温环境时，其特性会发生明显的变化，为此设计了一能够对温差发电器低温特性进行研究的试验台，以便于研究温差发电器低温特性。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对上述存在的问题和不足，提供一种实现冷端和热端具有不同温差的温差发电器低温特性实验装置，为研究温差发电器低温特性提供便利。
为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种温差发电器低温特性实验装置，所述实验装置包括：冷端，其端面平整；热端，其端面平整；温差发电片，位于所述冷端和热端之间，其采用液氮作为冷源，采用热水作为热源；测量显示单元，用于测量冷端、热端温度以及显示温差发电片输出电压和输出电流测量值；和为热源提供热量并调节热端温度的循环热水回路单元；所述温差发电片与所述冷端之间，以及该温差发电片与所述热端之间均设置有至少一个铜片，铜片与所述发电器的冷端面的接触面上，以及铜片与所述温差发电片的热端面的接触面上均设有扁平K型热电偶。
在上述技术方案中，所述温差发电片的外轮廓尺寸大于所述冷端外轮廓尺寸，使得温差发电片的冷端面完全覆盖所述冷端的端面。
在上述技术方案中，所述温差发电片的外轮廓尺寸大于所述热端外轮廓尺寸，使得温差发电片的热端面完全覆盖所述热端的端面。
在上述技术方案中，所述冷端为采用铝合金矩形管制成的密闭的盒状结构，其内填注液氮。
在上述技术方案中，所述的冷端端面的长度和宽度均小于温差发电片的冷端面的长度和宽度。
在上述技术方案中，所述热端为采用铝合金矩形管制成的密闭的盒状结构，其远离温差发电片的一端设有进水口，靠近温差发电片的一端设有出水口。
在上述技术方案中，所述的热端端面的长度和宽度均小于温差发电片的热端面的长度和宽度。
在上述技术方案中，所述循环热水回路单元包括水箱、温控仪、电加热棒和水泵，所述水箱下部出水口通过水管和水泵与热端进水口连接，所述热端出水口通过水管与设在所述水箱顶部的进水口连接，所述温控仪的温度传感器安装在所述水箱内壁上，该温控仪的输出端连接晶闸管，所述晶闸管连接在电加热棒的加热回路上。
在上述技术方案中，所述的水箱外壁上设有保温层。
在上述技术方案中，所述的水管外壁上缠绕有保温带。
本实用新型的有益效果是：通过本实用新型的实验装置可以测量温差发电器的低温发电的性能参数，从而便于对温差发电器低温发电性能的研究，且通过测量显示部分，方便、直观的观察温差发性能的数值参数。
在温差发电片与冷端之间，以及温差发电片与热端之间均设置有铜片，增加热阻值，以抑制热量的传递，从而减小由于热传递而对实验造成的影响，且便于实现冷端和热端温度的调节。
本实用新型的热端和冷端外轮廓尺寸均小于温差发电片轮廓尺寸，使得温差发电片完全覆盖热端和冷端的端面，防止由于冷端和热端距离较近，而使冷端和热端能量交换严重，降低能量损耗对实验的影响。
本实用新型温差发电片的热源为热水，热水通过点加热棒进行加热，通过温控仪控制温度，便于控制热水温度，且在水箱和传递热水的水管外壁均设置保温材料，减少热量的损失，保证热端具有足够的热量。
附图说明
图1是本实用新型的组成示意图之一
图2是本实用新型的组成示意图之二。
图中标号：1、冷端，2、铜片，3、扁平K型热电偶，4、温差发电片，5扁平K型热电偶，6、铜片，7、热端，8、冷端温度测量仪表，9、万用表，10、热端温度测量仪表，11、温控仪，12、水箱，13、水泵。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”“前”、“后”、“左”、“右”、“数值”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上
如图1所示，本实用新型实施例为一种温差发电器低温特性实验装置，包括：冷端1、热端7和温差发电片4，温差发电片4位于冷端1和热端7之间，温差发电片4采用液氮作为冷源，采用热水作为热源构成温差发电器。温差发电片4与冷端1之间设置铜片2，铜片2上表面紧贴冷端1下端面，铜片2下端面紧贴温度发电器的冷端端面，温差发电片4与热端7之间均设置有至少铜片6，铜片6下表面紧贴热端7上端面，铜片6上端面与温差发电片4的热端紧贴。在温差发电片6与冷端1之间，以及温差发电片4与热端7之间均设置有至少一个铜片，增加热阻值，以抑制热量的传递，从而减小由于热传递而对实验造成的影响，且便于实现冷端和热端温度的调节。铜片的数量可以根据实验环境和其他实验条件的需求而定。
由于在试验过程中由于温差发电器尺寸较小，冷端1和热端7的距离较近，使得冷端1和热端7的能量交换较为严重，会使得两端的温度趋于一致，为此本实施例将冷端1和热端7的外轮廓尺寸小于温差发电器外轮廓尺寸，进而降低由于热传递造成的影响。具体为温差发电片4的外轮廓尺寸大于冷端1外轮廓尺寸，使得温差发电片的冷端面完全覆盖所述冷端的端面，温差发电片4的外轮廓尺寸大于热端7外轮廓尺寸，使得温差发电片的热端面完全覆盖热端1的端面。温差发电片4、热端1和冷端2可以为任意形状，三者的形状最好一致。本实施例的温差发电器片的型号为F30345，其尺寸为40 mm×40 mm×3.8mm，内阻为2.4Ω。冷端1采用尺寸为（长×宽）30mm×30mm的铝合金矩形管制成的密闭的盒状结构，盒状结构的冷端1上设有密闭的注氮口，其内填注液氮，液氮作为冷源。此时，冷端1端面的长度和宽度均小于温差发电片的冷端面的长度和宽度。热端7为采用尺寸为（长×宽）30mm×30mm的铝合金矩形管制成的密闭的盒状结构，热端远离温差发电片4的一端设有进水口，靠近温差发电片4的一端设有出水口。此时，热端7端面的长度和宽度均小于温差发电片4的热端面的长度和宽度。
本实施例的实验装置还包括测量显示单元，用于测量冷端1、热端7温度以及显示温差发电片6输出电压和输出电流测量值；和为热源提供热量并调节热端温度的循环热水回路单元。测量显示单元包括冷端温度测量仪表10、热端温度测量仪表8和万用表9，冷端温度测量仪表的热电偶采用扁平K型热电偶，如图中所示，设置于铜片2和温差发电片4的冷端面之间的扁平K型热电偶3连接冷端温度测量仪表8，用于测量并显示冷端温度。设置于铜片6和温差发电片4的热端面之间的扁平K型热电偶6连接热端温度测量仪表10，用于测量并显示热端温度。万用表6与温差发电片4连接，用于测量并显示温差发电片4输出电压和输出电流测量值。通过测量显示单元可以直观的观察热端、冷端的温度，并显示温差发电片的电流和电压值，便于记录不同温差的电流和电压的变化情况，便于进行温度发电器低温发电的分析和研究。扁平K型热电偶3和扁平K型热电偶6均采用台湾泰仕生产的扁平K型热电偶，该热电偶测温部分宽3.7mm，厚0.28mm，精度±0.5℃，反应时间2.50s。
循环热水回路单元包括水箱12、温控仪11、电加热棒（图中未显示）和水泵13，水箱12下部出水口通过水管和水泵13与热端7进水口连接，热端7出水口通过水管与设在水箱12顶部的进水口连接，温控仪11的温度传感器安装在水箱内壁上，该温控仪的输出端连接晶闸管，晶闸管连接在电加热棒的加热回路上。温控仪、晶闸管和电加热棒均为市售产品，在此不做特别说明，只要能实现温度控制即可。另外，也可以采用其他自动控温的技术手段，比如采用控制器、温度传感器和电加热棒，控制器通过温度传感器采集的水箱内水的温度进而控制电加热棒的开关通电与否。为了防止水箱12内热水热量的散发，在水箱12外壁上设置保温层，或者水箱12采用保温水箱。上述连接热端1、水泵和水箱之间的水管上均缠绕有保温带，以减少热量的散失。
为使温差发电器与冷端和热端接触良好，在温差发电器与铜片2、6、以及铜片2、6对应的冷端1和热端7的接触面、相邻铜片之间均填涂导热硅胶，增加导热性能。
采用本实用新型进行温差发电器低温特性的方法：接通电源，使电加热棒加热，当水箱12内水达到一定温度时，打开水泵13使热水进入热端7，此时向冷端1加入液氮，在液氮加注过程中，观察并记录冷端1、热端7的温度以及温差发电片6的输出的电压和电流值，从而对低温状态下温差发电器特性进行研究。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种温差发电器低温特性实验装置，其特征在于，所述实验装置包括：冷端，其端面平整；
热端，其端面平整；
温差发电片，位于所述冷端和热端之间，其采用液氮作为冷源，采用热水作为热源；
测量显示单元，用于测量冷端、热端温度以及显示温差发电片输出电压和输出电流测量值；和为热源提供热量并调节热端温度的循环热水回路单元；
所述温差发电片与所述冷端之间，以及该温差发电片与所述热端之间均设置有至少一个铜片，铜片与所述发电器的冷端面的接触面上，以及铜片与所述温差发电片的热端面的接触面上均设有扁平K型热电偶。
2.根据权利要求1所述的温差发电器低温特性实验装置，其特征在于，所述温差发电片的外轮廓尺寸大于所述冷端外轮廓尺寸，使得温差发电片的冷端面完全覆盖所述冷端的端面。
3.根据权利要求1所述的温差发电器低温特性实验装置，其特征在于，所述温差发电片的外轮廓尺寸大于所述热端外轮廓尺寸，使得温差发电片的热端面完全覆盖所热端的端面。
4.根据权利要求1或2所述的温差发电器低温特性实验装置，其特征在于，所述冷端为采用铝合金矩形管制成的密闭的盒状结构，其内填注液氮。
5.根据权利要求4所述的温差发电器低温特性实验装置，其特征在于：所述的冷端端面的长度和宽度均小于温差发电片的冷端面的长度和宽度。
6.根据权利要求1或2所述的温差发电器低温特性实验装置，其特征在于，所述热端为采用铝合金矩形管制成的密闭的盒状结构，其远离温差发电片的一端设有进水口，靠近温差发电片的一端设有出水口。
7.根据权利要求6所述的温差发电器低温特性实验装置，其特征在于，所述的热端端面的长度和宽度均小于温差发电片的热端面的长度和宽度。
8.根据权利要求1所述的温差发电器低温特性实验装置，其特征在于，所述循环热水回路单元包括水箱、温控仪、电加热棒和水泵，所述水箱下部出水口通过水管和水泵与热端进水口连接，所述热端出水口通过水管与设在所述水箱顶部的进水口连接，所述温控仪的温度传感器安装在所述水箱内壁上，该温控仪的输出端连接晶闸管，所述晶闸管连接在电加热棒的加热回路上。
9.根据权利要求8所述的温差发电器低温特性实验装置，其特征在于，所述的水箱外壁上设有保温层。
10.根据权利要求8所述的温差发电器低温特性实验装置，其特征在于，所述的水管外壁上缠绕有保温带。
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