[發明專利]低溫半導體溫差發電器發電效率測試裝置及測試方法

有效

• 申請號: 202011630105.7
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112781764B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 王世學;朱禹;邢治云
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01L3/26
• 分類號: G01L3/26
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 曹玉平

1.一種低溫半導體溫差發電器發電效率測試裝置，其特征在于，所述測試裝置包括半導體熱電發電器（3）、液態工質容器（1）、第一加熱器（4）、第二加熱器（5）、工質管道（9）、閥門（11）、流量計（6）、第一溫度壓力傳感器（2）和第二溫度壓力傳感器（7）；

其中，所述工質管道（9）固定安裝在所述液態工質容器（1）的上部出口，沿工質流動方向依次在所述工質管道（9）上安裝有第二加熱器（5）、流量計（6）和第二溫度壓力傳感器（7），所述工質管道（9）的出口與大氣連通；

所述液態工質容器（1）設置在所述半導體熱電發電器（3）的冷端，用于為熱電發電器提供冷源；

所述液態工質容器（1）與所述半導體熱電發電器（3）的冷端之間設置有導熱塊（10），用于引導熱量傳遞；

所述半導體熱電發電器（3）的熱端設置有所述第一加熱器（4），用于為所述半導體熱電發電器（3）提供熱源；

所述閥門（11）固定連接在所述工質管道（9）與所述液態工質容器（1）的上部出口之間，用于控制工質流通；

所述第二加熱器（5），用于加熱所述工質管道中的氣液混合工質，使管道中存在的飽和液態工質完全轉化為過熱氣態工質；

所述流量計（6），用于測量過熱氣態工質的流量；

所述第二溫度壓力傳感器（7），用于測量所述管道內的工質溫度和壓力；

所述第一溫度壓力傳感器（2），用于測量所述液態工質容器（1）內部液態工質的溫度和壓力，其向外伸出一測量點，所述測量點設置在所述液態工質容器（1）內部的液面以下；

所述半導體熱電發電器（3）外接一功率計（12），用于測量所述半導體熱電發電器（3）的發電功率。

2.根據權利要求1所述的一種低溫半導體溫差發電器發電效率測試裝置，其特征在于，所述液態工質容器（1）及工質管道（9）外側均包裹有絕熱材料，用于防止所述容器（1）和所述工質管道（9）的熱量散失。

3.根據權利要求1所述的一種低溫半導體溫差發電器發電效率測試裝置，其特征在于，所述液態工質容器（1）、導熱塊（10）、半導體熱電發電器（3）、第一加熱器（4）的傳熱接觸面均涂抹導熱硅脂，用于降低傳熱過程的接觸熱阻。

4.根據權利要求1所述的一種低溫半導體溫差發電器發電效率測試裝置，其特征在于，所述導熱塊（10）具有均勻分布且向所述液態工質容器（1）內部延伸的多個翅片（8），用于增加傳熱面積，促進液態工質的溫度均勻性和沸騰過程。

5.根據權利要求2所述的一種低溫半導體溫差發電器發電效率測試裝置，其特征在于，所述絕熱材料為保溫棉。

6.根據權利要求1所述的一種低溫半導體溫差發電器發電效率測試裝置，其特征在于，所述導熱塊（10）的材料選自下列之一：紫銅，黃銅和不銹鋼。

7.根據權利要求1所述的一種低溫半導體溫差發電器發電效率測試裝置，其特征在于，所述半導體熱電發電器（3）包括一個半導體熱電組件或多個以串并聯組合連接的半導體熱電組件。

8.一種利用如權利要求1所述的低溫半導體溫差發電器發電效率測試裝置的發電效率測試方法，包括一低溫半導體溫差發電器發電效率測試裝置，所述測試裝置包括半導體熱電發電器（3）、液態工質容器（1）、第一加熱器（4）、第二加熱器（5）、工質管道（9）、閥門（11）、流量計（6）、第一溫度壓力傳感器（2），第二溫度壓力傳感器（7）和功率計（12）；

其特征在于，所述測試方法包括以下步驟：

步驟1. 關閉閥門（11），使所述液態工質容器（1）和工質管道（9）不流通，向所述液態工質容器（1）中加裝液態工質，啟動所述第一加熱器（4）對所述半導體熱電發電器（3）進行加熱，使所述液態工質容器（1）內的工質處于沸騰狀態，形成氣液混合工質；

步驟2. 打開閥門（11），使所述液態工質容器（1）中的氣液混合工質流入所述工質管道（9），啟動所述第二加熱器（5）進行加熱，慢慢調高所述第二加熱器（5）的功率，直至所述工質管道（9）內的液態工質完全汽化，使工質處于過熱狀態，當所述液態工質容器與所述第一加熱器、第二加熱器構成的系統達到熱平衡時，記錄流量計（6）、第一和第二溫度壓力傳感器的數據；

步驟3. 根據獲得的所述第一溫度壓力傳感器（2）和第二溫度壓力傳感器（7）的數據查詢并獲得所述液態工質容器內液態工質與管道出口工質的焓值，液態工質與管道出口工質的焓值為液態工質與管道出口工質的焓差，所述流量計（6）測得的流量與焓差相乘得到工質從液化容器沸騰到管道出口所吸收的總熱量，再減去第二加熱器所加熱的熱量即獲得半導體熱電發電器冷端的散熱量；

步驟4. 利用功率計測得所述半導體熱電發電器的發電功率，發電功率與步驟3獲得的散熱量之和即為所述半導體熱電發電器熱端的吸熱量，獲得的發電功率與吸熱量之比即為所述半導體熱電發電器的熱電轉換效率。