CN106370954A - 一种模拟流体热源的温差发电测试系统 - Google Patents

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尤运
潘卫国
姜未汀
王文欢
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Abstract

本发明涉及一种模拟流体热源的温差发电测试系统，用以模拟燃煤或燃气锅炉中燃料燃烧产生的高温烟气进行温差发电测试，该系统包括：支撑测试管件：包括支撑架以及安装在支撑架上的绝热管，该绝热管由入口向出口依次包括加热段、收缩段和试验段；流动热源组件：设置在绝热管的加热段内，包括动力源和加热器，用以产生模拟高温流动热源；温差发电组件：与绝热管的试验段接触，并进行温差发电测试；控制及测量组件：用以分别采集测试数据，包括流动热源以及温差发电组件的测试数据，并且控制流动热源的温度和流速。与现有技术相比，本发明具有提高能源利用效率、模拟精度高、测量精度高、安全系数和性价比高等优点。

Description

一种模拟流体热源的温差发电测试系统
技术领域
本发明涉及一种温差发电测试系统，尤其是涉及一种模拟流体热源的温差发电测试系统。
背景技术
在燃煤或燃气锅炉中燃料燃烧所产生烟气是以一定的传热方式把热量传递给受热面，且有相当一部分的热量以排烟的方式排向大气环境中，会造成较大的能量损失和环境污染。而这些热损失当中，有传热损失、散热损失和排烟热损失等，如果能利用这部分的热量进行温差发电是一个很好的节能途径。温差发电是利用塞贝克效应将高温与低温的温差产生的热能转变成电能的绿色发电技术，为了能为生产现场的系统设计、安装和运行提供依据，开发模拟利用中高温流体的温差发电测试系统具有重要的理论意义和工程价值。
中国专利CN200610011549公开了一种温差发电器热电性能测试系统，该系统包括电加热热源单元、循环冷却水回路热肼单元和数据采集和数据处理单元，电加热热源单元包括导热块以及设置在导热块中的电加热管，该专利通过程序控制的直流电源使用电加热管对温差发电器加热到预定温度，但是此测试系统的热源不能有效的模拟温度可变的流体式的热源形式，模拟精度低，测试效果差。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种提高能源利用效率、模拟精度高、测量精度高、安全系数和性价比高的模拟流体热源的温差发电测试系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种模拟流体热源的温差发电测试系统，用以模拟燃煤或燃气锅炉中燃料燃烧产生的高温烟气进行温差发电测试，该系统包括：
支撑测试管件：包括支撑架以及安装在支撑架上的绝热管，该绝热管由入口向出口依次包括加热段、收缩段和试验段；
流动热源组件：设置在绝热管的加热段内，包括动力源和加热器，用以产生模拟高温流动热源；
温差发电组件：与绝热管的试验段接触，并进行温差发电测试；
控制及测量组件：用以分别采集测试数据，包括流动热源以及温差发电组件的测试数据，并且控制流动热源的温度和流速。
所述的温差发电组件包括温差发电模块、水冷模块和发电电路，所述的温差发电模块的热端设置在绝热管的试验段内，冷端与水冷模块连接，所述的发电电路温差发电模块连接。
所述的水冷模块为一由水箱、散热器、恒温水箱和循环水泵通过导水管连接形成的水循环回路。
所述的发电电路为一由开关和滑动变阻器通过导线连接形成的电路。
所述的测量组件包括控制器、设置在绝热管试验段处的风速测量仪、多通道温度传感器以及设置在发电电路中的电压表和电流表，所述的多通道温度传感器分别与绝热管的试验段、温差发电模块和水箱连接，所述的控制器分别与动力源、加热器、风速测量仪、电压表和电流表连接。
所述的绝热管采用风洞型绝热管。
所述的流动热源包括空气、液体和烟气。
所述的流动热源组件还包括烟气产生器，用以模拟高温烟气环境。
当流动热源为空气介质时，动力源为风机，加热器为电加热丝，当流动热源为液体介质时，动力源为泵，加热器为电热管，当流动热源为烟气介质时，动力源为风机和烟气产生器，加热器为电加热丝。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、提高能源利用效率：本发明通过发电测试，有效的模拟了中高温流体温差发电的场景，能够有效提高能源利用效率，本发明的结果已应用到实际的锅炉烟气管道中，可提高火电厂机组发电功率0.5％-3％。
二、模拟精度高：本发明通过发生装置和测量装置来再现中高温流体管道的真实环境，在实验室中进行测量能为现场试验打好坚实的实验基础。发生装置采用风洞造型，由风机和电加热丝组成，风洞的优点在于能够通过调整风机和电加热丝的功率比较准确地控制流体的速度、温度等实验条件，使整理的流场达到试验所需的条件，并配以烟气产生器，使实验整体环境更加贴近真实环境。
三、测量精度高：本发明的测试装置由热源单元、温差发电模块、循环液冷单元、风速测量单元、温度测量单元和功率测量单元组成，其中，热源单元和循环液冷单元为温差发电模块提高良好的冷热端；风速测量单元用于测量管内风速；温度测量单元用于分别测量高温气体温度、温差发电模块热端温度、温差发电模块冷端温度和水冷温度；功率测量单元用于测量温差发电模块产生的电流和电压，并通过滑动变阻器进行调节内阻，获得最大的发电功率。
四、安全系数和性价比高：本发明使工程试验能够在室内有效进行，受气候条件和时间的影响小，模型和测试仪器的安装、操作、使用比较方便；同时实验项目和内容多种多样且能有效的进行控制，安全系数高，效率高、成本低。
附图说明
图1为本发明支撑测试管件的结构示意图。
图2为本发明的测试原理示意图。
其中，1、绝热管，2、支撑架，3、动力源，4、加热器，5、温差发电模块，6、水箱，7、散热器，8、恒温水箱，9、循环水泵，10、导水管，11、绝热管，12、风速测量仪，13、导线，14、开关，15、滑动变阻器，16、电压表，17、电流表。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1：
如图1和2所示，一种模拟流体热源的温差发电测试系统，用以模拟燃煤或燃气锅炉中燃料燃烧产生的高温烟气进行温差发电测试，该系统包括：
支撑测试管件：包括支撑架2以及安装在支撑架2上的绝热管1，该绝热管1由入口向出口依次包括加热段、收缩段和试验段；
流动热源组件：设置在绝热管1的加热段内，包括动力源3和加热器4，用以产生模拟燃煤或燃气锅炉中燃料燃烧产生高温烟气的流动热源；
温差发电组件：与绝热管1的试验段接触，并进行温差发电测试，温差发电组件包括温差发电模块5、水冷模块和发电电路，所述的温差发电模块5的热端设置在绝热管1的试验段内，冷端与水冷模块连接，所述的发电电路温差发电模块5连接，水冷模块为一由水箱6、散热器7、恒温水箱8和循环水泵9通过导水管10连接形成的水循环回路，发电电路为一由开关14和滑动变阻器15通过导线13连接形成的电路；
控制及测量组件：用以分别采集测试数据，包括流动热源以及温差发电组件的测试数据，并且控制流动热源的温度和流速。
测量组件包括控制器、设置在绝热管1试验段处的风速测量仪12、多通道温度传感器11以及设置在发电电路中的电压表16和电流表17，所述的多通道温度传感器11分别与绝热管1的试验段、温差发电模块5和水箱6连接，所述的控制器分别与动力源3、加热器4、风速测量仪12、电压表16和电流表17，绝热管1采用风洞型绝热管。
当流动热源为空气介质时，动力源3为风机，加热器4为电加热丝，
实施例2：
当流动热源为液体介质时，动力源3为泵，加热器4为电热管，其余装置与实施例1相同。
实施例3：
当流动热源为烟气介质时，动力源3为风机和烟气产生器，加热器4为电加热丝，其余装置与实施例1相同。

Claims (9)

1.一种模拟流体热源的温差发电测试系统，其特征在于，该系统包括：
支撑测试管件：包括支撑架(2)以及安装在支撑架(2)上的绝热管(1)，该绝热管(1)由入口向出口依次包括加热段、收缩段和试验段；
流动热源组件：设置在绝热管(1)的加热段内，包括动力源(3)和加热器(4)，用以产生模拟高温流动热源；
温差发电组件：与绝热管(1)的试验段接触，并进行温差发电测试；
控制及测量组件：用以分别采集测试数据，包括流动热源以及温差发电组件的测试数据，并且控制流动热源的温度和流速。
2.根据权利要求1所述的一种模拟流体热源的温差发电测试系统，其特征在于，所述的温差发电组件包括温差发电模块(5)、水冷模块和发电电路，所述的温差发电模块(5)的热端设置在绝热管(1)的试验段内，冷端与水冷模块连接，所述的发电电路与温差发电模块(5)连接。
3.根据权利要求2所述的一种模拟流体热源的温差发电测试系统，其特征在于，所述的水冷模块为一由水箱(6)、散热器(7)、恒温水箱(8)和循环水泵(9)通过导水管(10)连接形成的水循环回路。
4.根据权利要求2所述的一种模拟流体热源的温差发电测试系统，其特征在于，所述的发电电路为一由开关(14)和滑动变阻器(15)通过导线(13)连接形成的电路。
5.根据权利要求3所述的一种模拟流体热源的温差发电测试系统，其特征在于，所述的测量组件包括控制器、设置在绝热管(1)试验段处的风速测量仪(12)、多通道温度传感器(11)以及设置在发电电路中的电压表(16)和电流表(17)，所述的多通道温度传感器(11)分别与绝热管(1)的试验段、温差发电模块(5)和水箱(6)连接，所述的控制器分别与动力源(3)、加热器(4)、风速测量仪(12)、电压表(16)和电流表(17)连接。
6.根据权利要求1所述的一种模拟流体热源的温差发电测试系统，其特征在于，所述的绝热管(1)采用风洞型绝热管。
7.根据权利要求1所述的一种模拟流体热源的温差发电测试系统，其特征在于，所述的流动热源包括空气、液体和烟气。
8.根据权利要求7所述的一种模拟流体热源的温差发电测试系统，其特征在于，所述的流动热源组件还包括烟气产生器，用以模拟高温烟气环境。
9.根据权利要求8所述的一种模拟流体热源的温差发电测试系统，其特征在于，当流动热源为空气介质时，动力源(3)为风机，加热器(4)为电加热丝，当流动热源为液体介质时，动力源(3)为泵，加热器(4)为电热管，当流动热源为烟气介质时，动力源(3)为风机和烟气产生器，加热器(4)为电加热丝。
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