工业热辐射热电转化效率的封闭式模拟检测系统及检测方法

文档序号:10568881阅读:432来源:国知局
工业热辐射热电转化效率的封闭式模拟检测系统及检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种工业热辐射热电转化效率的封闭式模拟检测系统及检测方法,属于热电转化检测领域。本发明的工业热辐射热电转化效率的封闭式模拟检测系统,包括热辐射模块、热电转化模块和功率检测模块,热辐射模块模拟高温热源,用于向外部辐射散发热量,该热辐射模块中设置有空心耐火砖,热电转化模块设置在空心耐火砖的上部开口处,通过热电转化模块中的温差发电组件把吸收的热能转化为电能;所述功率检测模块与热电转化模块电连接,用于检测发电功率。利用该装置模拟工业生产的热电转化,便于根据理论计算进行调整,对工业热电转化装置的安装具有重要的指导意义。
【专利说明】
工业热辐射热电转化效率的封闭式模拟检测系统及检测方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及热电转化检测技术领域,更具体地说,涉及一种工业热辐射热电转化 效率的封闭式模拟检测系统及检测方法。
【背景技术】
[0002] 随着社会现代化的迅速发展,能源紧缺及C02排放问题变得更加严峻,甚至成为限 制地区发展的瓶颈。因此,寻求高效率、无污染的能源二次利用及能量回收转换的方法成为 解决当今能源科学问题的有效途径。我国是世界能源消耗大国,日趋紧缺的能源供应和C02 排放严重地制约着我国经济发展。因此,迫切需要发展新型的能源利用技术以节约能源和 提高效率。钢铁行业是两大能源密集型行业之一,在其生产过程中产生了大量的辐射热,约 占热损失的10-25%,甚至更多。这不仅造成能源的浪费,同时也带来了环境污染和安全问 题。由于钢铁行业工艺工序的复杂性,目前对其高温辐射热进行回收利用很少。温差发电技 术在工业辐射余热温差发电系统具有重要的应用前景。
[0003] 在连铸过程中,目前国内除大型钢企连铸连乳外,大部分钢企尚未对连铸钢胚进 行热回收,高温余热直接释放到空气中;由于这部分热量较大,以四机四流150X150方坯连 铸为例,小时热负荷达9000kW左右,这样不仅造成了极大的能源浪费,而且使得连铸机周围 的工作环境恶化,影响了工人的健康。为了进一步进行余热回收,行业内开始考虑如何对钢 坯余热进行转化,而让连铸钢坯的大量的烟气、蒸汽预热可以被大量回收,传统的方式多是 利用水循环进行热交换,但是这种交换方式自身也导致大量的能量损失,转化效率低。将高 温余热温差发电,并且精确的测试热辐射的利用率以及发电效率关系则显得至关重要。
[0004] 如中国专利号:ZL2014201159186,授权公告日:2014年7月16日,发明创造名称为: 连铸热回收装置,该申请案公开了一种连铸热回收装置,包括两根并列的下集管,所述两根 下集管之间的上方同向设置有一根上集管,所述两根下集管的侧壁分别通过两排纵向连管 与上集管的侧壁连接形成罩形结构,所述两排连管分别形成了罩形结构的两侧壁,所述连 管的上端与上集管相连通,所述连管的下端与相应的下集管相连通,所述两根下集管分别 与两根进水管相连通。该连铸热回收装置通过连管内的冷水对连铸钢坯进行余热回收,冷 水受热后蒸发成用于发电的蒸汽,充分利用能源。
[0005] 如专利申请号:201480017655.8,申请日:2014年3月27日,发明创造名称为:热电 发电装置及热电发电方法。该申请公开了一种热点发电装置与钢材的对置设置,并且根据 发电单元的输出进行设置,由此能够得到具备热电发电单元的热电发电装置,在热源流动 的连续铸造生产线或板连铸生产线中,该热电发电单元将放出状态变动的热能转化为电能 并进行回收。
[0006] 以上的专利内容均涉及对钢坯热辐射余热利用问题,但在实施前,很难确定在实 际应用中是否有较大的能量转化率,贸然实施将会浪费较大的人力、财力,工业设备现场由 于种种限制条件难以直接测量。为了提高辐射预热的有效利用,特别是对钢坯热电直接转 化的有效设计,需要对高温辐射余热的热电转化效率进行测量,但目前尚没有关于对钢坯 高温辐射余热热电转化效率的检测方法。

【发明内容】

[0007] 1.发明要解决的技术问题
[0008] 本发明的目的在于克服现有技术无法直接对钢坯高温辐射余热热电转化效率进 行检测的不足,提供了一种工业热辐射热电转化效率的封闭式模拟检测系统及检测方法, 本发明通过模拟工业生产系统进行热电转化效率检测,对工业热电转化装置的安装具有重 要的指导意义。
[0009] 2.技术方案
[0010]为达到上述目的,本发明提供的技术方案为:
[0011] 本发明的工业热辐射热电转化效率的封闭式模拟检测系统,包括热辐射模块、热 电转化模块和功率检测模块,所述的热辐射模块模拟高温热源,用于向外部辐射散发热量, 该热辐射模块中设置有空心耐火砖,所述热电转化模块设置在空心耐火砖的上部开口处, 通过热电转化模块中的温差发电组件把吸收的热能转化为电能;所述功率检测模块与热电 转化模块电连接,用于检测发电功率。
[0012] 作为本发明更进一步的改进,所述的热辐射模块还包括高温电阻炉,空心耐火砖 的内部空腔围住高温电阻炉的热辐射面板。
[0013] 作为本发明更进一步的改进,高温电阻炉的热辐射面板上设有热量辐射板,高温 电阻炉产生的热量通过该热量辐射板向外部辐射。
[0014] 作为本发明更进一步的改进,所述空心耐火砖由不同尺寸的耐火砖块层叠卡合而 成。
[0015] 作为本发明更进一步的改进,所述功率检测模块包括功率记录仪,该功率记录仪 与温差发电组件电连接,用于温差发电组件的功率检测。
[0016] 作为本发明更进一步的改进,所述热电转化模块包括受热板、温差发电组件和水 冷箱,所述受热板设置在温差发电组件下部,并在温差发电组件与受热板之间设置高温热 电偶;所述水冷箱设置在温差发电组件上部,在温差发电组件与水冷箱之间设置有低温热 电偶。
[0017] 作为本发明更进一步的改进,所述温差发电组件与受热板及水冷箱的接触面填充 有导热材料。
[0018] 作为本发明更进一步的改进,所述水冷箱内部间隔设置翅片,且翅片设置在靠近 温差发电组件的一侧。
[0019] 作为本发明更进一步的改进,所述水冷箱上部设置有散热片,该散热片均匀间隔 排布。
[0020] 本发明的一种工业热辐射热电转化效率的封闭式模拟检测方法,使用工业热辐射 热电转化效率的封闭式模拟检测系统进行检测,其过程为:
[0021] 步骤一、通过增减耐火砖块数量设定热量辐射板与受热板之间距离,根据实际需 要,设定热量辐射板形状,并启动高温电阻炉对热量辐射板进行预热;
[0022] 步骤二、预热20~60分钟后,热量辐射板温度达到要求温度且温差发电组件进入 稳定工作状态;通过功率记录仪记录发电功率P实,高温热电偶检测温差发电组件此时的热 端面温度,低温热电偶检测温差发电组件的此时冷端面温度;
[0023]步骤三、根据步骤二中测得数据,计算出接收的总功率Pii;
[0024]步骤四、计算热电转化效率,其值为:n=P实/P测。
[0025] 3 ?有益效果
[0026] 采用本发明提供的技术方案,与现有技术相比,具有如下有益效果:
[0027] (1)本发明的工业热辐射热电转化效率的封闭式模拟检测系统,设置有热辐射模 块、热电转化模块和功率检测模块,热辐射模块用于模拟热源产生热量,热电转化模块把吸 收的热量转化为电能,同时通过功率检测模块检测实际产生的功率,通过理论计算得到吸 收的热量,实际功率与理论计算功率相比较得到热电转化效率,较为具体精确得给出了温 差发电在高温余热工业的发电利用数据,可有效指导工业热电转化装置的安装使用;
[0028] (2)本发明的工业热辐射热电转化效率的封闭式模拟检测系统,其空心耐火砖是 由多个耐火砖块叠加卡合而成,通过增减耐火砖块的数量,可以调节受热板与热量辐射板 之间的距离,便于研究不同间距时的热电转化效率;
[0029] (3)本发明的工业热辐射热电转化效率的封闭式模拟检测系统,在水冷箱内部设 置翅片,疏导水流,而且便于热量传导;在水冷箱上部设置散热片,能够借助外部空气流动 提高散热效率,增大了温差,提高了发电效率,便于在实际生产中转化利用;
[0030] (4)本发明的工业热辐射热电转化效率的封闭式模拟检测方法,用功率记录仪检 测实际功率,再理论计算得到吸收的热辐射量,利用两者比值得到转化效率,使复杂的工业 环境集成于模拟检测系统,原理简单,便于试验研究。
【附图说明】
[0031] 图1为本发明的模拟检测系统的结构示意图;
[0032] 图2为本发明中散热片及耐火砖块的分布结构示意图;
[0033] 图3为本发明中耐火砖的截面结构示意图;
[0034] 图4为本发明中水冷箱内翅片的结构示意图;
[0035] 图5为本发明中空心耐火砖内部空腔截面示意图。
[0036]示意图中的标号说明:1、高温电阻炉;2、热量辐射板;3、空心耐火砖;301、上卡座; 302、下卡口;4、受热板;5、温差发电组件;6、水冷箱;601、输水管;7、散热片;8、连接线;9、温 度显示器;10、功率记录仪。
【具体实施方式】
[0037] 为进一步了解本发明的内容,结合附图和实施例对本发明作详细描述。
[0038] 实施例1
[0039] 结合图1,本实施例的工业热辐射热电转化效率的封闭式模拟检测系统,包括热辐 射模块、热电转化模块和功率检测模块,所述的热辐射模块模拟高温热源,用于向外部辐射 散发热量,该热辐射模块中设置有空心耐火砖3,热电转化模块设置在空心耐火砖3的上部 开口处,通过热电转化模块中的温差发电组件5把吸收的热能转化为电能;所述功率检测模 块与热电转化模块电连接,用于检测发电功率。
[0040] 本实施例中的热辐射模块还包括高温电阻炉1,空心耐火砖3的内部空腔围住高温 电阻炉1的热辐射面板。
[0041] 工业钢铁冶炼过程中,钢坯具有较高的温度,本发明的主要目的在于通过模拟试 验得到如何高效吸收转化钢坯散发的热量。为了使高温电阻炉1所辐射的热量更接近于实 际生产,在高温电阻炉1的热辐射面板上设有热量辐射板2,该热量辐射板2可以为钢板,高 温电阻炉1产生的热量通过该热量辐射板2向外部辐射。该实验可以充分演示出钢坯的散热 特性,减少与实际生产之间产生的偏差,因而可使用热量辐射板2来获得更精确的检测数 据。对于平板型热源,可以把热量辐射板2设置为平板结构,并采用钢铁材质模拟钢坯生产; 也可根据具体实际情况,使用把热量辐射板2设置为其他材料。
[0042] 为了便于得到不同的热源温度,在高温电阻炉1上设置有功率调节旋钮,方便调节 所产生的热量。
[0043] 进一步地,热电转化模块包括受热板4、温差发电组件5和水冷箱6,受热板4设置在 温差发电组件5下部,该受热板4用于吸收热量,吸收热量的同时自身温度升高。在温差发电 组件5与受热板4之间设置高温热电偶,通过该高温热电偶检测实时温度。高温热电偶通过 连接线8与温度显示器9电连接,温度显示器9用于把检测的温度显示出来。
[0044] 相应的,水冷箱6设置在温差发电组件5上部,在温差发电组件5与水冷箱6之间设 置有低温热电偶,该低温热电偶通过连接线8与温度显示器9电连接,温度显示器9用于把检 测的温度显示出来。其中,水冷箱6两端连接有输水管601,输水管601用于冷却水的循环。通 过水冷箱6向温差发电组件5传递低温,使温差发电组件5的冷端具有较低的温度,增加温差 发电组件5的热端与冷端的温度差,提高发电效率。
[0045] 为了更准确的反应出各部分的温度,还可通过红外测温技术检测热量辐射板2的 表面温度,可得到更准确的检测数据。
[0046] 功率检测模块包括功率记录仪10,该功率记录仪10与温差发电组件5电连接,用于 温差发电组件5的功率检测。当模拟检测系统工作稳定后,功率记录仪10以及温差发电组件 5两侧的温度会在一定范围内波动,整体区域稳定状态,此时的发电效率即为正常工作时的 发电效率。
[0047]为了避免高温影响,热电转化模块中的连接线可用钢玉管覆盖,使连接线从钢玉 管中穿过,从而延长检测系统的使用寿命。
[0048] 实施例2
[0049] 本实施例的工业热辐射热电转化效率的封闭式模拟检测系统,其基本结构与实施 例1相同,其不同之处在于:空心耐火砖3的内部空腔的截面为圆形或方形,即内部空腔为圆 台或方台状。
[0050] 空心耐火砖3由不同尺寸的耐火砖块层叠卡合而成,耐火砖块的截面结构如图3所 示,在耐火砖的上部设置有上卡座301,耐火砖块的下部设置有下卡口 302,下部的耐火砖块 的上卡座301与其邻近上方的耐火砖块的下卡口 302相互卡合,使两个耐火砖块相互叠加连 接。通过耐火砖块的叠加,可增加受热板4与热量辐射板2之间的距离,从而可检测距离与热 电转化效率之间的距离的关系。
[0051] 对于温差发电组件而言,温差越大其发电效率越高,但在进行模拟时如何得到最 大的温差是一大难题。如果是让受热板4靠近热源,那么温差发电组件5的高温端温度增加, 与此同时,水冷箱6由于靠近了热源,其内部温度必然会上升,容易导致温差不但没有增加, 反而有一定的减小;如果受热板4远离热源,那么温差发电组件5的冷端温度变化较小,而热 端温度会明显减低,同样会导致温差变小。因此,工业应用中,设定热电转化装置合适的高 度也是提高发电效率的重要措施。
[0052] 此外,本实施例中把耐火砖块之间采用扣合式连接方式进行连接,而不是简单的 平面型累积,在连接处不会形成与外界相通的缝隙,具有更好的封闭性,确保内部热量不会 通过连接缝隙而产生较大的损失,更贴近于实际生产,检测结果更准确。
[0053] 实施例3
[0054] 本实施例的工业热辐射热电转化效率的封闭式模拟检测系统,其基本结构与实施 例2相同,其不同之处在于:温差发电组件5与受热板4及水冷箱6的接触面填充有导热材料。 所述导热材料可以为导热硅脂,通过导热材料能高效的传递热能,减少间隙处的热量损失, 是热电偶能够更准确的反应温度的变化。
[0055] 更进一步地,水冷箱6内部间隔设置翅片,且翅片设置在靠近温差发电组件5的一 侦U。该翅片为薄板状,输水管601设置在水冷箱6的两端,水流方向与翅片长度方向相同,通 过翅片能够更大效率的在温差发电组件5与水冷箱6之间进行热交换。
[0056] 实施例4
[0057] 本实施例的工业热辐射热电转化效率的封闭式模拟检测系统,其基本结构与实施 例2相同,其不同之处在于:温差发电组件5与受热板4及水冷箱6的接触面填充有导热材料。 所述导热材料可以为导热硅脂,通过导热材料能高效的传递热能,减少间隙处的热量损失, 是热电偶能够更准确的反应温度的变化。
[0058]更进一步地,水冷箱的上部设置有散热片7,该散热片7均匀间隔排布,且散热片7 的长度方向与水流方向垂直,通过该散热片7能够增加水冷箱6与空气的接触面积,利用空 气的流动对水冷箱6内的冷却水降温,促使温差发电组件5的高温端和冷端具有较大的温 差。
[0059] 值得说明的是,本发明中的热量辐射板2可以根据检测需要设计为圆形或方形的 结构;如果是要模拟棒材的热辐射实验,可以把热量辐射板2设计成半圆形的棒材结构,并 且圆弧面在上部,使其能够接近于棒材的热辐射特点。
[0060] 本发明的一种工业热辐射热电转化效率的封闭式模拟检测方法,使用工业热辐射 热电转化效率的封闭式模拟检测系统进行检测,其过程为:
[0061] 步骤一、通过增减耐火砖块数量设定热量辐射板2与受热板4之间距离,根据实际 需要,设定热量辐射板2形状,并启动高温电阻炉1对热量辐射板2进行预热,可将预热温度 设定为76~860K,以便于实施检测;热量辐射板2向外辐射热量,并通过斯特潘-波尔兹曼定 律进行热量计算;
[0062] 步骤二、预热20~60分钟后,热量辐射板2温度达到要求温度800K,且温差发电组 件5进入稳定工作状态,温差保持在一定范围内微小波动;然后通过功率记录仪10记录发电 功率P实,并记录同时刻的温度显示器9所记录的温度,高温热电偶检测温差发电组件5此时 的热端面温度,低温热电偶检测温差发电组件5的此时冷端面温度;
[0063]步骤三、根据步骤二中测得数据,计算出接收的总功率Pii;计算过程中采用的角系 数计算公式为:
[0065] 参看图5,其中ab、ac、ad、bd、bc为a、b、c、d对应两点之间的线段长度;
[0066] 步骤四、计算热电转化效率,其值为:n=P实/p?。
[0067] 实施例5
[0068] 为了便于实验测量,可以将热量耐火砖块的内腔横截面设置为方形,则纵向截面 为梯形,形成的空心耐火砖内腔的上端边长为12cm,底边长为28cm,高是15cm,受热板4为边 长12cm的方形铜板,该铜板表面光滑,热吸收率为0.8,热发射率为0.05,且受热板4与热量 辐射板2平行设置,两者间的距离为15cm。温差发电组件5可以是由4块边长4cm的温差发电 片组成,则总面积为0.0064m 2。
[0069]检测时,启动高温电阻炉1,对热量辐射板2预热20分钟,检测钢板温度达800K,高 温热电偶测得温差发电组件5的高温端温度为400K;低温热电偶测得温差发电组件5的冷端 温度是340K,温差达到60K,功率记录仪10测得发电功率P实为4.416W。
[0070]计算热吸收量,根据传热学斯特潘-波尔兹曼定律进行计算,其公式为:E = A ? S ? e ? T4,
[0071]其中,E为辐射的热量;S为辐射系数,S = 5.67 X 10-8W/m2 X K4;
[0072] A为辐射板面积,e为发射率;
[0073]可计算出热源辐射量是
[0074] E = 0.282 X 5.67 X 10-8 X 0.8 X 8004= 1456W;
[0075]其中热量辐射板2的有效面积为0.282 = 0.0784m2,钢板的发射率为0.8。
[0076]受热板接收的辐射热等于发射的辐射热乘以角系数,参看图5,角系数的公式为
[0078] 其中ab、ac、ad、bd、bc为a、b、c、d对应两点之间的线段长度;
[0079] 计算得到角系数Xab>c;d = 0.718,则受热板作为吸收面所吸收的热辐射量为:
[0080] 0.718 ? E = 0.718X1456 = 1045ff;
[0081 ]进而算得接收的总功率为:
[0083]从而计算转化效率为:
[0085] 实施例6
[0086] 为了便于实验测量,可以将热量耐火砖块的内腔横截面设置设置为圆形,纵截面 仍然为提醒,形成的空心耐火砖内腔的上端直径为12cm,底部直径为28cm,高是15cm,受热 板4为边长13cm的方形铜板,该铜板表面光滑,热吸收率为0.8,热发射率为0.05,且受热板4 与热量辐射板2平行设置,两者间的距离为15cm。温差发电组件5可以是由4块边长4cm的温 差发电片组成,其总面积为〇. 0064 m2。
[0087]检测时,启动高温电阻炉1,对热量辐射板2预热20分钟,检测钢板温度达800K,高 温热电偶测得温差发电组件5的高温端温度为396K;低温热电偶测得温差发电组件5的冷端 温度是340K,温差达到56K,功率记录仪10测得发电功率P实为4.396W。
[0088]计算热吸收量,根据传热学斯特潘-波尔兹曼定律进行计算,其公式为:E = A ? S ? e ? T4,
[0089]其中,E为辐射的热量;S为辐射系数,S = 5 ? 67 X 10-8W/m2 X K4;
[0090] A为辐射板面积,e为发射率;
[0091] 可计算出热源辐射量是
[0092] E = 0.282 X 5.67 X 10-8 X 0.8 X 8004= 1456W;
[0093]其中热量辐射板2的有效面积为0.282 = 0.0784m2,钢板的发射率为0.8。
[0094]受热板4接收的辐射热等于发射的辐射热乘以角系数,根据角系数的公式
[0096] 其中ab、ac、ad、bd、bc为a、b、c、d对应两点之间的线段长度;
[0097] 计算得到角系数Xab>c;d = 0.718,则受热板作为吸收面所吸收的热辐射量为:
[0098] 0.718 ? E = 0.718X1456 = 1045ff;
[0099]进而算得接收的总功率为:
[0101]从而计算转化效率为:
[0103]根据实施例5和实施例6可知,在内部空腔的形状改变的情况下,纵向截面仍为梯 形,角系数不改变,温差不变,温差发电组件的发电效率不变;但由于受热板面积的减小,所 能吸收的热量减少,高温端的温度有一定的下降,导致热电转化效率降低。
[0104] 实施例7
[0105]为了便于实验测量,可以将热量耐火砖块的内腔截面设置为方形,则纵向截面为 提梯形,形成的空心耐火砖的上端边长为14cm,底边长为28cm,高是12.5cm,受热板4为边长 15cm的方形铜板,该铜板表面光滑,热吸收率为0.8,热发射率为0.05,且受热板4与热量辐 射板2平行设置,两者间的距离为12.5cm。温差发电组件5可以是由4块边长4cm的温差发电 片组成,则总面积为0.0064m 2。
[0106]检测时,启动高温电阻炉1,对热量辐射板2预热20分钟,检测钢板温度达800K,高 温热电偶测得温差发电组件5的高温端温度为420K;低温热电偶测得温差发电组件5的冷端 温度是350K,温差达到70K,功率记录仪10测得发电功率P实为5.721W。
[0107]计算热吸收量,根据传热学斯特潘-波尔兹曼定律进行计算,其公式为:E = A ? S ? e ? T4,
[0108]其中,E为辐射的热量;S为辐射系数,S = 5.67 X 10-8W/m2 X K4;
[0109] A为辐射板面积,e为发射率;
[0110] 可计算出热源辐射量是
[0111] E = 0 ? 282 X 5 ? 67 X 10-8 X 0 ? 8 X 8004= 1456W;
[0112]其中热量辐射板2的有效面积为0.282 = 0.0784m2,钢板的发射率为0.8。
[0113]受热板接收的辐射热等于发射的辐射热乘以角系数,参看图5,角系数的公式为
[0115] 其中ab、ac、ad、bd、bc为a、b、c、d对应两点之间的线段长度;
[0116] 计算得到角系数Xab,。<! = 0.786,则受热板作为吸收面所吸收的热辐射量为:
[0117] 0.786 ? E = 0.786X1456 = 1144ff;
[0118] 进而算得接收的总功率为:
[0120] 从而计算转化效率为:

[0122] 实施例8
[0123] 为了便于实验测量,可以将热量耐火砖块的内腔横截面设置为方形,纵向截面为 梯形,形成的空心耐火砖的上端边长为16cm,底边长为28cm,高是10cm,受热板4为边长17cm 的方形铜板,该铜板表面光滑,热吸收率为〇. 8,热发射率为0.05,且受热板4与热量辐射板2 平行设置,两者间的距离为l〇cm。温差发电组件5可以是由4块边长4cm的温差发电片组成, 则总面积为0.0064rrf。
[0124] 检测时,启动高温电阻炉1,对热量辐射板2预热20分钟,检测钢板温度达800K,高 温热电偶测得温差发电组件5的高温端温度为450K;低温热电偶测得温差发电组件5的冷端 温度是370K,温差达到80K,功率记录仪10测得发电功率P实为7.02W。
[0125] 计算热吸收量,根据传热学斯特潘-波尔兹曼定律进行计算,其公式为:E = A ? S ? e ? T4,
[0126] 其中,E为辐射的热量;S为辐射系数,S = 5.67 X 10-8W/m2 XK4;
[0127] A为辐射板面积,e为发射率;
[0128] 可计算出热源辐射量是
[0129] E = 0 ? 282 X 5 ? 67 X 10-8 X 0 ? 8 X 8004= 1456W;
[0130]其中热量辐射板2的有效面积为0.282 = 0.0784m2,钢板的发射率为0.8。
[0131] 受热板接收的辐射热等于发射的辐射热乘以角系数,参看图5,角系数的公式为
[0133] 其中ab、ac、ad、bd、bc为a、b、c、d对应两点之间的线段长度;
[0134] 计算得到角系数Xab>c;d = 0.812,则受热板作为吸收面所吸收的热辐射量为:
[0135] 0.812 ? E = 0.812X1456 = 1182ff;
[0136] 进而算得接收的总功率为:
[0138]从而计算转化效率为:
[0140] 由实施例5~8可以看出,当温差发电组件的受热面积不变时,随着受热板与热量 辐射板之间距离的减小,温差不断增加,转化效率增加,并没有因距离的靠近而出现温差减 小的现象,经过分析,其主要原因在于封闭式模拟检测系统把大部分热量控制在耐火砖空 腔内部,减少了辐射的热量对水冷箱的影响,所以当距离靠近时,温差会不断增加,但当靠 近距离为6cm以下时,虽然仍然有较大温差,但温差发电组件发电效率很低,而且在短时间 使用后就会损坏,即如果距离过近,较高的温度会导致温差发电组件损坏,而得不到较大的 发电功率。
[0141] 此外,还可看出大量的热能没有得到利用,当温差一定时,转化效率主要和温差发 电组件的面积有关,所分布的温差发电组件越多,对热辐射余热的利用越大。
[0142] 以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述,该描述没有限制性,附图中所 示的也只是本发明的实施方式之一,实际的结构并不局限于此。所以,如果本领域的普通技 术人员受其启示,在不脱离本发明创造宗旨的情况下,不经创造性的设计出与该技术方案 相似的结构方式及实施例,均应属于本发明的保护范围。
【主权项】
1. 工业热辐射热电转化效率的封闭式模拟检测系统,其特征在于:包括热辐射模块、热 电转化模块和功率检测模块,所述的热辐射模块模拟高温热源,用于向外部辐射散发热量, 该热辐射模块中设置有空心耐火砖(3),所述热电转化模块设置在空心耐火砖(3)的上部开 口处,通过热电转化模块中的温差发电组件(5)把吸收的热能转化为电能;所述功率检测模 块与热电转化模块电连接,用于检测发电功率。2. 根据权利要求1所述的工业热辐射热电转化效率的封闭式模拟检测系统,其特征在 于:所述的热辐射模块还包括高温电阻炉(1),空心耐火砖(3)的内部空腔围住高温电阻炉 (1)的热辐射面板。3. 根据权利要求2所述的工业热辐射热电转化效率的封闭式模拟检测系统,其特征在 于:高温电阻炉(1)的热辐射面板上设有热量辐射板(2),高温电阻炉(1)产生的热量通过该 热量福射板(2)向外部福射。4. 根据权利要求2所述的工业热辐射热电转化效率的封闭式模拟检测系统,其特征在 于:所述空心耐火砖(3)由不同尺寸的耐火砖块层叠卡合而成。5. 根据权利要求1所述的工业热辐射热电转化效率的封闭式模拟检测系统,其特征在 于:所述功率检测模块包括功率记录仪(10),该功率记录仪(10)与温差发电组件(5)电连 接,用于温差发电组件(5)的功率检测。6. 根据权利要求1~5中任一项所述的工业热辐射热电转化效率的封闭式模拟检测系 统,其特征在于:所述热电转化模块包括受热板(4)、温差发电组件(5)和水冷箱(6),所述受 热板(4)设置在温差发电组件(5)下部,并在温差发电组件(5)与受热板(4)之间设置高温热 电偶;所述水冷箱(6)设置在温差发电组件(5)上部,在温差发电组件(5)与水冷箱(6)之间 设置有低温热电偶。7. 根据权利要求6所述的工业热辐射热电转化效率的封闭式模拟检测系统,其特征在 于:所述温差发电组件(5)与受热板(4)及水冷箱(6)的接触面填充有导热材料。8. 根据权利要求6所述的工业热辐射热电转化效率的封闭式模拟检测系统,其特征在 于:所述水冷箱(6)内部间隔设置翅片,且翅片设置在靠近温差发电组件(5)的一侧。9. 根据权利要求6所述的工业热辐射热电转化效率的封闭式模拟检测系统,其特征在 于:所述水冷箱(6)上部设置有散热片(7 ),该散热片(7)均匀间隔排布。10. -种工业热辐射热电转化效率的封闭式模拟检测方法,使用工业热辐射热电转化 效率的封闭式模拟检测系统进行检测,其过程为: 步骤一、通过增减耐火砖块数量设定热量辐射板(2)与受热板(4)之间距离,根据实际 需要,设定热量辐射板(2)形状,并启动高温电阻炉(1)对热量辐射板(2)进行预热;步骤二、 预热20~60分钟后,热量辐射板(2)温度达到要求温度且温差发电组件(5)进入稳定工作状 态;通过功率记录仪(10)记录发电功率P实,高温热电偶检测温差发电组件(5)此时的热端面 温度,低温热电偶检测温差发电组件(5)的此时冷端面温度; 步骤三、根据步骤二中测得数据,计算出接收的总功率Pii; 步骤四、计算热电转化效率,其值为:n=P实/P测。
【文档编号】G01R31/00GK105929280SQ201610374571
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月26日
【发明人】顾明言, 范煜东, 陈 光, 楚化强, 包向军, 何先辉
【申请人】安徽工业大学
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