[發(fā)明專利]低溫半導(dǎo)體溫差發(fā)電器發(fā)電效率測試裝置及測試方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011630105.7
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112781764B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王世學(xué);朱禹;邢治云
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G01L3/26
• 分類號: G01L3/26
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 曹玉平

1.一種低溫半導(dǎo)體溫差發(fā)電器發(fā)電效率測試裝置，其特征在于，所述測試裝置包括半導(dǎo)體熱電發(fā)電器（3）、液態(tài)工質(zhì)容器（1）、第一加熱器（4）、第二加熱器（5）、工質(zhì)管道（9）、閥門（11）、流量計(jì)（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(zhì)管道（9）固定安裝在所述液態(tài)工質(zhì)容器（1）的上部出口，沿工質(zhì)流動方向依次在所述工質(zhì)管道（9）上安裝有第二加熱器（5）、流量計(jì)（6）和第二溫度壓力傳感器（7），所述工質(zhì)管道（9）的出口與大氣連通；

所述液態(tài)工質(zhì)容器（1）設(shè)置在所述半導(dǎo)體熱電發(fā)電器（3）的冷端，用于為熱電發(fā)電器提供冷源；

所述液態(tài)工質(zhì)容器（1）與所述半導(dǎo)體熱電發(fā)電器（3）的冷端之間設(shè)置有導(dǎo)熱塊（10），用于引導(dǎo)熱量傳遞；

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

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

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

所述流量計(jì)（6），用于測量過熱氣態(tài)工質(zhì)的流量；

所述第二溫度壓力傳感器（7），用于測量所述管道內(nèi)的工質(zhì)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(tài)工質(zhì)容器（1）內(nèi)部液態(tài)工質(zhì)的溫度和壓力，其向外伸出一測量點(diǎn)，所述測量點(diǎn)設(shè)置在所述液態(tài)工質(zhì)容器（1）內(nèi)部的液面以下；

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

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低溫半導(dǎo)體溫差發(fā)電器發(fā)電效率測試裝置，其特征在于，所述液態(tài)工質(zhì)容器（1）及工質(zhì)管道（9）外側(cè)均包裹有絕熱材料，用于防止所述容器（1）和所述工質(zhì)管道（9）的熱量散失。

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

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低溫半導(dǎo)體溫差發(fā)電器發(fā)電效率測試裝置，其特征在于，所述導(dǎo)熱塊（10）具有均勻分布且向所述液態(tài)工質(zhì)容器（1）內(nèi)部延伸的多個(gè)翅片（8），用于增加傳熱面積，促進(jìn)液態(tài)工質(zhì)的溫度均勻性和沸騰過程。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種低溫半導(dǎo)體溫差發(fā)電器發(fā)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種低溫半導(dǎo)體溫差發(fā)電器發(fā)電效率測試裝置，其特征在于，所述導(dǎo)熱塊（10）的材料選自下列之一：紫銅，黃銅和不銹鋼。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低溫半導(dǎo)體溫差發(fā)電器發(fā)電效率測試裝置，其特征在于，所述半導(dǎo)體熱電發(fā)電器（3）包括一個(gè)半導(dǎo)體熱電組件或多個(gè)以串并聯(lián)組合連接的半導(dǎo)體熱電組件。

8.一種利用如權(quán)利要求1所述的低溫半導(dǎo)體溫差發(fā)電器發(fā)電效率測試裝置的發(fā)電效率測試方法，包括一低溫半導(dǎo)體溫差發(fā)電器發(fā)電效率測試裝置，所述測試裝置包括半導(dǎo)體熱電發(fā)電器（3）、液態(tài)工質(zhì)容器（1）、第一加熱器（4）、第二加熱器（5）、工質(zhì)管道（9）、閥門（11）、流量計(jì)（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(jì)（12）；

其特征在于，所述測試方法包括以下步驟：

步驟1. 關(guān)閉閥門（11），使所述液態(tài)工質(zhì)容器（1）和工質(zhì)管道（9）不流通，向所述液態(tài)工質(zhì)容器（1）中加裝液態(tài)工質(zhì)，啟動所述第一加熱器（4）對所述半導(dǎo)體熱電發(fā)電器（3）進(jìn)行加熱，使所述液態(tài)工質(zhì)容器（1）內(nèi)的工質(zhì)處于沸騰狀態(tài)，形成氣液混合工質(zhì)；

步驟2. 打開閥門（11），使所述液態(tài)工質(zhì)容器（1）中的氣液混合工質(zhì)流入所述工質(zhì)管道（9），啟動所述第二加熱器（5）進(jìn)行加熱，慢慢調(diào)高所述第二加熱器（5）的功率，直至所述工質(zhì)管道（9）內(nèi)的液態(tài)工質(zhì)完全汽化，使工質(zhì)處于過熱狀態(tài)，當(dāng)所述液態(tài)工質(zhì)容器與所述第一加熱器、第二加熱器構(gòu)成的系統(tǒng)達(dá)到熱平衡時(shí)，記錄流量計(jì)（6）、第一和第二溫度壓力傳感器的數(shù)據(jù)；

步驟3. 根據(jù)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(shù)據(jù)查詢并獲得所述液態(tài)工質(zhì)容器內(nèi)液態(tài)工質(zhì)與管道出口工質(zhì)的焓值，液態(tài)工質(zhì)與管道出口工質(zhì)的焓值為液態(tài)工質(zhì)與管道出口工質(zhì)的焓差，所述流量計(jì)（6）測得的流量與焓差相乘得到工質(zhì)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(dǎo)體熱電發(fā)電器冷端的散熱量；

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