一种基于发动机余热的热电转换实验装置

1.本实用新型涉及发动机余热的热电转换实验技术领域，具体为一种基于发动机余热的热电转换实验装置。


背景技术：

2.设计原理：
3.根据第一热电效应：塞贝克效应(seebeck effect)，由于两种不同电导体或半导体的温度差异而引起两种物质间的电压差的热电现象；
4.第二热电效应：珀尔贴效应(peltier effect)，当有电流通过不同的导体组成的回路时，除产生不可逆的焦耳热外，在不同导体的接头处随着电流方向的不同会分别出现吸热、放热现象。
5.利用发动机余热(或汽车尾气)来发电甚至制冷，实现了能源的循环利用，在实验室的条件下，只要提供稳定外部热源，就可以得到明显的实验现象。


技术实现要素：

6.为解决以上现有问题，本实用新型提供一种基于发动机余热的热电转换实验装置。本实用新型通过以下技术方案实现。
7.一种基于发动机余热的热电转换实验装置，包括热源、温差发电装置、水冷装置、供电设备、制冷装置、烧杯、小型电机、小型风扇以及数字温度计；
8.所述热源为酒精灯；所述温差发电装置包括金属导热块、第一温差发电片、第二温差发电片以及第三温差发电片；所述第一温差发电片、第二温差发电片以及第三温差发电片的热面通过导热胶依次黏贴在所述金属导热块的背面；所述水冷装置包括水冷头和潜水泵；所述水冷头通过导热胶黏贴在所述第一温差发电片、第二温差发电片以及第三温差发电片上；所述水冷头接有两根水管；所述水冷头的一水管与所述潜水泵管道连接；所述供电设备为充电宝；所述制冷装置为半导体制冷片。
9.本实用新型的有益效果：
10.(一)本实用新型装置设计巧妙，从下到上分别是热源、温差发电装置、水冷装置、供电设备和制冷装置，热源供热后电路就自动进入工作，无需人为控制；装置结构简明，层次分明，功能设计精巧。
11.(二)现象明显，最下方是热源，通过一系列转化，使最上方风扇高速旋转，制冷片温度降低，实验现象对比强烈。
12.(三)充分利用热能，无需制冷时可将温差发电产生的电能供给蓄电池，给蓄电池充电，当装置闲置时 (无热源)，蓄电池又可以向给水冷装置供电的充电宝供电，这样能量流动就形成了闭路，无需外部电源。
附图说明
13.图1为本实用新型一种基于发动机余热的热电转换实验装置的装置原理图。
具体实施方式
14.下面结合附图对本实用新型的技术方案作更为详细、完整的说明。
15.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
16.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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
17.具体实施例1，一种基于发动机余热的热电转换实验装置，包括热源1、温差发电装置、水冷装置、供电设备、制冷装置、烧杯、小型电机8、小型风扇以及数字温度计；
18.热源1为酒精灯，温差发电装置包括金属导热块2、第一温差发电片3、第二温差发电片4以及第三温差发电片5，第一温差发电片3、第二温差发电片4以及第三温差发电片5的热面通过导热胶依次黏贴在金属导热块2的背面，水冷装置包括水冷头6和潜水泵，水冷头6通过导热胶黏贴在第一温差发电片3、第二温差发电片4以及第三温差发电片5上，水冷头6接有两根水管，其中一水管与潜水泵管道连接；供电设备为充电宝；制冷装置为半导体制冷片7，其中，导热胶的作用是将热量均匀的传递。
19.基于发动机余热的热电转换实验方法，包括以下步骤：
20.(一)实验各部件的组装。在金属导热块2的背面均匀涂抹上一层薄的导热胶，将第一温差发电片3、第二温差发电片4以及第三温差发电片5黏贴在上面，然后再将三个温差发电片的背面也涂抹导热胶，将水冷头6黏贴在上面；将半导体制冷片7的制冷面涂上导热胶后黏贴在水冷头6的上侧；水冷头6接上两根水管，其中一根水管与潜水泵连接，另一根水管和潜水泵放入一个装满水的烧杯中，第一温差发电片3 接一个小型电机8，第二温差发电片4的负极线和第三温差发电片5的正极线相连接，目的是为了增大输出电压，然后将第二温差发电片4的正极线和第三温差发电片5的负极线接到制冷装置上，将小风扇的正负极线与温差发电片的正负极线电性连接，制冷装置的组装同温差发电装置。
21.(二)打开潜水泵，通入循环水系统。
22.(三)测量酒精灯的质量，并记录，点燃酒精灯，放在金属导热块2的下方；将温度计的感温头插在半导体制冷片7的冷面上，观测实验现象。
23.(四)观察到小风扇起转，温度计示数减小，持续记录温度计数值，发现温度先是骤降然后趋于稳定。
24.(五)熄灭酒精灯，测量其质量，待等待一段时间后再关掉循环水，防止温差发电片温度过高烧坏。
25.(六)换下小风扇和制冷装置，接上手机或者充电宝，重复实验，发现酒精灯供热几
十秒后，手机或充电宝进入充电状态。
26.实验数据测量与分析:
27.温差发电片输出电压：2.06～2.20v(单片)；温差发电片内阻：7.3ω；
28.半导体制冷片初始温度：29.0℃；半导体制冷片稳定温度：19.9℃；
29.酒精消耗量：m＝0.4g；酒精燃烧热：h＝29kj/g；酒精燃烧放热：q＝m*h＝11.6kj；
30.导热块质量：5g；导热块比热：0.46j/(g*℃)；导热块释放热量：q＝5*0.46*9.1＝21j；
31.制冷效率：η＝q/(2/3q)＝2.7％
32.本实验的思路从发动机余热转化而来，利用热电效应，完成了能量转换的实验目标；本实验实现了从热到电，再从电到热的两次能量转化，单次热电转化效率较高，非制冷时温差发电的电能可储存在蓄电池中，进一步提高二次能量转化效率；实验用尽可能少的温差发电片和半导体制冷片达到了实验预期，意在展示实验原理和设计思路，换用更好的热源和半导体发电/制冷组可以获得更高的功率输出。
33.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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；可以是直接相连，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，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
34.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
35.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”，“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
36.以上所述仅为本实用新型专利的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型专利，凡在本实用新型专利的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型专利的保护范围之内。