余熱利用溫差發(fā)電系統(tǒng)實驗探究案例目錄TOC\o"1-3"\h\u9141余熱利用溫差發(fā)電系統(tǒng)實驗探究案例 1248731.1余熱利用溫差發(fā)電系統(tǒng)實驗平臺 15201.1.1熱風機與冷水機 142661.1.2余熱利用溫差發(fā)電裝置 4230891.2改變TEG組合方式 54491.2.1可行性分析 544351.2.2六個溫差發(fā)電片的連接方案 5224741.3不同方案對發(fā)電特性的影響 6197291.3.1不同組合方式IU與PU曲線的對比 6232101.3.2結論分析 81.1余熱利用溫差發(fā)電系統(tǒng)實驗平臺1.1.1熱風機與冷水機如圖1.1所示，余熱利用差發(fā)電系統(tǒng)實驗平臺，主要由熱源、溫差發(fā)電裝置、支撐架、冷源、測試儀器以及控制器組成。圖1.1實驗平臺熱風機產(chǎn)生的高溫空氣經(jīng)過熱流管道與集熱器來為TEG提供高溫端溫度，因TEG高溫端的熱量會傳遞到低溫端，故需要冷水機來穩(wěn)定低溫端的溫度，以此防止TEG在實驗過程中溫差減小。熱風機選用的是豐騰威VT3000H-3KW便攜式工業(yè)熱風機，如圖1.2所示。其主要由加熱系統(tǒng)、風量調(diào)節(jié)系統(tǒng)、溫度穩(wěn)定控制系統(tǒng)組成。加熱系統(tǒng)可以讓熱風機在350℃連續(xù)運行；風量調(diào)節(jié)系統(tǒng)使用變頻器調(diào)速，可控性好；控制系統(tǒng)使用了PID溫度溫控器，其出風口有K型電偶實時監(jiān)測溫度，隨后控制加熱絲的通斷，保證溫度的穩(wěn)定，溫度誤差為±1%。熱源的設定要與仿真邊界條件的設定一致，便于進行理論與實物的對比驗證，實驗設定出風口溫度為160℃，控制風速為4m/s。圖1.2便攜式工業(yè)熱風機冷水機為廣州一公司生產(chǎn)的CW-5200冷水機，控溫系統(tǒng)可以將水箱溫度控制在設定溫度范圍內(nèi)，波動不超過0.3攝氏度。圖1.3循環(huán)冷水機1.1.2余熱利用溫差發(fā)電裝置在溫差發(fā)電片、熱風機出風口、水管連接縫隙處，需要涂導熱硅脂來避免熱量散失在空氣中，同時熱流管道上也要穿上0.1cm的硅酸鋁纖維紙。而為了進一步利用熱風機的熱量，在管道上還應該有集熱模塊，余熱回收溫差發(fā)電裝置各部分結構模型，如圖1.4所示。圖1.4集熱模塊集熱模塊可其分為六部分，且容易安裝與拆卸，如圖1.5所示，且每一部分都有一個集熱翅片和一個與冷水管道相連的模塊。集熱模塊與冷水管道內(nèi)有多個翅片，對于集熱裝置，翅片增大受熱面積，更高效利用熱量，提高受熱均勻性。對于冷水管道，翅片增大散熱面積，增強散熱效果，提高散熱均勻性。（a）集熱翅片（b）冷水管道模塊圖1.5集熱模塊拆卸圖1.2改變TEG組合方式1.2.1可行性分析溫差發(fā)電片上下各有一銅片，銅片上的K型電偶能實時監(jiān)測溫差發(fā)電片高溫端與低溫端的溫度。但因K型電偶測得是溫差發(fā)電片的局部溫度，故必須保證溫差發(fā)電片上的溫度要分布均勻，不能相差太大。并且六片溫差發(fā)電片上，每片溫度應該一致。由實驗得，當熱風機與冷水機同時啟動，每10s記一次溫度，發(fā)現(xiàn)其在490s左右，高低溫端溫度都穩(wěn)定下來，六個發(fā)電片高溫端溫度都在132.1℃~137.7℃區(qū)間范圍內(nèi)，低溫端溫度都在26.7℃~28.1℃。六個發(fā)電片溫差都在106.2℃~111.7℃。由上述數(shù)據(jù)可知，六片發(fā)電片溫差浮動不大，可近似為其△T一致，因六片發(fā)電片為同一型號，其參數(shù)一致，故可近似其發(fā)出的電壓、電流與功率一致。1.2.2六個溫差發(fā)電片的連接方案六片溫差發(fā)電片的連接有三種方案，串聯(lián)連接可以提高整體的Uo，但同時，由于內(nèi)部電阻的增加，Io減少；并聯(lián)能會使Io增加，但輸出電壓卻沒有全部串聯(lián)增加的多。六個熱電發(fā)電機的連接有三個選項。串聯(lián)連接可以提高整體的輸出電壓，但同時，由于內(nèi)部電阻的增加，輸出電流減少。在并行連接中有增加的可能性。雖然是整體的輸出電流，但是輸出電壓并不是全部串聯(lián)增加。方案I全部串聯(lián)，連接方案與等效電路如圖1.6(a)所示；方案II分成兩路并聯(lián)，連接方案與等效電路如圖1.6(b)所示；方案II分成兩路并聯(lián)，連接方案與等效電路如圖1.6(c)所示。（a）方案I（b）方案II（c）方案II圖1.6各個連接方案與等效電路1.3不同方案對發(fā)電特性的影響 1.3.1不同組合方式IU與PU曲線的對比 記錄每個方案的電壓、電流，并且記錄其輸出功率與輸出電壓。方案I在I=0.78A，U=8.67V時，有Pmax=6.86W且Umax=16.87V；方案II在I=1.46A，U=4.39V時，有Pmax=6.39W且Umax=8.14V；方案III在I=2.2A，U=2.87V時，有Pmax=6.30W且Umax=1.6V。（a）PU曲線（b）IU曲線圖1.7不同方案曲線對比1.3.2結論分析 在電能匱乏的地區(qū)，溫差發(fā)電片能利用余熱作為小功率電源供電，通過本實驗可得出以下結論：（1）六片溫差發(fā)電片的串并聯(lián)方式的實際電壓低于等效電路的理論電壓，推測可能與RS的增大有關，也可能