工業熱輻射熱電轉化效率的封閉式模擬檢測系統及檢測方法
【專利摘要】本發明公開了一種工業熱輻射熱電轉化效率的封閉式模擬檢測系統及檢測方法，屬于熱電轉化檢測領域。本發明的工業熱輻射熱電轉化效率的封閉式模擬檢測系統，包括熱輻射模塊、熱電轉化模塊和功率檢測模塊，熱輻射模塊模擬高溫熱源，用于向外部輻射散發熱量，該熱輻射模塊中設置有空心耐火磚，熱電轉化模塊設置在空心耐火磚的上部開口處，通過熱電轉化模塊中的溫差發電組件把吸收的熱能轉化為電能；所述功率檢測模塊與熱電轉化模塊電連接，用于檢測發電功率。利用該裝置模擬工業生產的熱電轉化，便于根據理論計算進行調整，對工業熱電轉化裝置的安裝具有重要的指導意義。
【專利說明】
工業熱輻射熱電轉化效率的封閉式模擬檢測系統及檢測方法
技術領域
[0001 ]本發明涉及熱電轉化檢測技術領域，更具體地說，涉及一種工業熱輻射熱電轉化 效率的封閉式模擬檢測系統及檢測方法。
【背景技術】
[0002] 隨著社會現代化的迅速發展，能源緊缺及C02排放問題變得更加嚴峻，甚至成為限 制地區發展的瓶頸。因此，尋求高效率、無污染的能源二次利用及能量回收轉換的方法成為 解決當今能源科學問題的有效途徑。我國是世界能源消耗大國，日趨緊缺的能源供應和C02 排放嚴重地制約著我國經濟發展。因此，迫切需要發展新型的能源利用技術以節約能源和 提高效率。鋼鐵行業是兩大能源密集型行業之一，在其生產過程中產生了大量的輻射熱，約 占熱損失的10-25%，甚至更多。這不僅造成能源的浪費，同時也帶來了環境污染和安全問 題。由于鋼鐵行業工藝工序的復雜性，目前對其高溫輻射熱進行回收利用很少。溫差發電技 術在工業輻射余熱溫差發電系統具有重要的應用前景。
[0003] 在連鑄過程中，目前國內除大型鋼企連鑄連乳外，大部分鋼企尚未對連鑄鋼胚進 行熱回收，高溫余熱直接釋放到空氣中；由于這部分熱量較大，以四機四流150X150方坯連 鑄為例，小時熱負荷達9000kW左右，這樣不僅造成了極大的能源浪費，而且使得連鑄機周圍 的工作環境惡化，影響了工人的健康。為了進一步進行余熱回收，行業內開始考慮如何對鋼 坯余熱進行轉化，而讓連鑄鋼坯的大量的煙氣、蒸汽預熱可以被大量回收，傳統的方式多是 利用水循環進行熱交換，但是這種交換方式自身也導致大量的能量損失，轉化效率低。將高 溫余熱溫差發電，并且精確的測試熱輻射的利用率以及發電效率關系則顯得至關重要。
[0004] 如中國專利號：ZL2014201159186,授權公告日：2014年7月16日，發明創造名稱為： 連鑄熱回收裝置，該申請案公開了一種連鑄熱回收裝置，包括兩根并列的下集管，所述兩根 下集管之間的上方同向設置有一根上集管，所述兩根下集管的側壁分別通過兩排縱向連管 與上集管的側壁連接形成罩形結構，所述兩排連管分別形成了罩形結構的兩側壁，所述連 管的上端與上集管相連通，所述連管的下端與相應的下集管相連通，所述兩根下集管分別 與兩根進水管相連通。該連鑄熱回收裝置通過連管內的冷水對連鑄鋼坯進行余熱回收，冷 水受熱后蒸發成用于發電的蒸汽，充分利用能源。
[0005] 如專利申請號：201480017655.8,申請日：2014年3月27日，發明創造名稱為：熱電 發電裝置及熱電發電方法。該申請公開了一種熱點發電裝置與鋼材的對置設置，并且根據 發電單元的輸出進行設置，由此能夠得到具備熱電發電單元的熱電發電裝置，在熱源流動 的連續鑄造生產線或板連鑄生產線中，該熱電發電單元將放出狀態變動的熱能轉化為電能 并進行回收。
[0006] 以上的專利內容均涉及對鋼坯熱輻射余熱利用問題，但在實施前，很難確定在實 際應用中是否有較大的能量轉化率，貿然實施將會浪費較大的人力、財力，工業設備現場由 于種種限制條件難以直接測量。為了提高輻射預熱的有效利用，特別是對鋼坯熱電直接轉 化的有效設計，需要對高溫輻射余熱的熱電轉化效率進行測量，但目前尚沒有關于對鋼坯 高溫輻射余熱熱電轉化效率的檢測方法。
【發明內容】
[0007] 1.發明要解決的技術問題
[0008] 本發明的目的在于克服現有技術無法直接對鋼坯高溫輻射余熱熱電轉化效率進 行檢測的不足，提供了一種工業熱輻射熱電轉化效率的封閉式模擬檢測系統及檢測方法， 本發明通過模擬工業生產系統進行熱電轉化效率檢測，對工業熱電轉化裝置的安裝具有重 要的指導意義。
[0009] 2.技術方案
[0010]為達到上述目的，本發明提供的技術方案為：
[0011] 本發明的工業熱輻射熱電轉化效率的封閉式模擬檢測系統，包括熱輻射模塊、熱 電轉化模塊和功率檢測模塊，所述的熱輻射模塊模擬高溫熱源，用于向外部輻射散發熱量， 該熱輻射模塊中設置有空心耐火磚，所述熱電轉化模塊設置在空心耐火磚的上部開口處， 通過熱電轉化模塊中的溫差發電組件把吸收的熱能轉化為電能;所述功率檢測模塊與熱電 轉化模塊電連接，用于檢測發電功率。
[0012] 作為本發明更進一步的改進，所述的熱輻射模塊還包括高溫電阻爐，空心耐火磚 的內部空腔圍住高溫電阻爐的熱輻射面板。
[0013] 作為本發明更進一步的改進，高溫電阻爐的熱輻射面板上設有熱量輻射板，高溫 電阻爐產生的熱量通過該熱量輻射板向外部輻射。
[0014] 作為本發明更進一步的改進，所述空心耐火磚由不同尺寸的耐火磚塊層疊卡合而 成。
[0015] 作為本發明更進一步的改進，所述功率檢測模塊包括功率記錄儀，該功率記錄儀 與溫差發電組件電連接，用于溫差發電組件的功率檢測。
[0016] 作為本發明更進一步的改進，所述熱電轉化模塊包括受熱板、溫差發電組件和水 冷箱，所述受熱板設置在溫差發電組件下部，并在溫差發電組件與受熱板之間設置高溫熱 電偶;所述水冷箱設置在溫差發電組件上部，在溫差發電組件與水冷箱之間設置有低溫熱 電偶。
[0017] 作為本發明更進一步的改進，所述溫差發電組件與受熱板及水冷箱的接觸面填充 有導熱材料。
[0018] 作為本發明更進一步的改進，所述水冷箱內部間隔設置翅片，且翅片設置在靠近 溫差發電組件的一側。
[0019] 作為本發明更進一步的改進，所述水冷箱上部設置有散熱片，該散熱片均勻間隔 排布。
[0020] 本發明的一種工業熱輻射熱電轉化效率的封閉式模擬檢測方法，使用工業熱輻射 熱電轉化效率的封閉式模擬檢測系統進行檢測，其過程為：
[0021] 步驟一、通過增減耐火磚塊數量設定熱量輻射板與受熱板之間距離，根據實際需 要，設定熱量輻射板形狀，并啟動高溫電阻爐對熱量輻射板進行預熱；
[0022] 步驟二、預熱20~60分鐘后，熱量輻射板溫度達到要求溫度且溫差發電組件進入 穩定工作狀態;通過功率記錄儀記錄發電功率P實，高溫熱電偶檢測溫差發電組件此時的熱 端面溫度，低溫熱電偶檢測溫差發電組件的此時冷端面溫度；
[0023]步驟三、根據步驟二中測得數據，計算出接收的總功率Pii;
[0024]步驟四、計算熱電轉化效率，其值為:n=P實/P測。
[0025] 3 ?有益效果
[0026] 采用本發明提供的技術方案，與現有技術相比，具有如下有益效果：
[0027] (1)本發明的工業熱輻射熱電轉化效率的封閉式模擬檢測系統，設置有熱輻射模 塊、熱電轉化模塊和功率檢測模塊，熱輻射模塊用于模擬熱源產生熱量，熱電轉化模塊把吸 收的熱量轉化為電能，同時通過功率檢測模塊檢測實際產生的功率，通過理論計算得到吸 收的熱量，實際功率與理論計算功率相比較得到熱電轉化效率，較為具體精確得給出了溫 差發電在高溫余熱工業的發電利用數據，可有效指導工業熱電轉化裝置的安裝使用；
[0028] (2)本發明的工業熱輻射熱電轉化效率的封閉式模擬檢測系統，其空心耐火磚是 由多個耐火磚塊疊加卡合而成，通過增減耐火磚塊的數量，可以調節受熱板與熱量輻射板 之間的距離，便于研究不同間距時的熱電轉化效率；
[0029] (3)本發明的工業熱輻射熱電轉化效率的封閉式模擬檢測系統，在水冷箱內部設 置翅片，疏導水流，而且便于熱量傳導;在水冷箱上部設置散熱片，能夠借助外部空氣流動 提高散熱效率，增大了溫差，提高了發電效率，便于在實際生產中轉化利用；
[0030] (4)本發明的工業熱輻射熱電轉化效率的封閉式模擬檢測方法，用功率記錄儀檢 測實際功率，再理論計算得到吸收的熱輻射量，利用兩者比值得到轉化效率，使復雜的工業 環境集成于模擬檢測系統，原理簡單，便于試驗研究。
【附圖說明】
[0031] 圖1為本發明的模擬檢測系統的結構示意圖；
[0032] 圖2為本發明中散熱片及耐火磚塊的分布結構示意圖；
[0033] 圖3為本發明中耐火磚的截面結構示意圖；
[0034] 圖4為本發明中水冷箱內翅片的結構示意圖；
[0035] 圖5為本發明中空心耐火磚內部空腔截面示意圖。
[0036]示意圖中的標號說明：1、高溫電阻爐;2、熱量輻射板;3、空心耐火磚;301、上卡座； 302、下卡口；4、受熱板;5、溫差發電組件;6、水冷箱;601、輸水管;7、散熱片;8、連接線;9、溫 度顯示器;10、功率記錄儀。
【具體實施方式】
[0037] 為進一步了解本發明的內容，結合附圖和實施例對本發明作詳細描述。
[0038] 實施例1
[0039] 結合圖1，本實施例的工業熱輻射熱電轉化效率的封閉式模擬檢測系統，包括熱輻 射模塊、熱電轉化模塊和功率檢測模塊，所述的熱輻射模塊模擬高溫熱源，用于向外部輻射 散發熱量，該熱輻射模塊中設置有空心耐火磚3,熱電轉化模塊設置在空心耐火磚3的上部 開口處，通過熱電轉化模塊中的溫差發電組件5把吸收的熱能轉化為電能;所述功率檢測模 塊與熱電轉化模塊電連接，用于檢測發電功率。
[0040] 本實施例中的熱輻射模塊還包括高溫電阻爐1，空心耐火磚3的內部空腔圍住高溫 電阻爐1的熱輻射面板。
[0041] 工業鋼鐵冶煉過程中，鋼坯具有較高的溫度，本發明的主要目的在于通過模擬試 驗得到如何高效吸收轉化鋼坯散發的熱量。為了使高溫電阻爐1所輻射的熱量更接近于實 際生產，在高溫電阻爐1的熱輻射面板上設有熱量輻射板2,該熱量輻射板2可以為鋼板，高 溫電阻爐1產生的熱量通過該熱量輻射板2向外部輻射。該實驗可以充分演示出鋼坯的散熱 特性，減少與實際生產之間產生的偏差，因而可使用熱量輻射板2來獲得更精確的檢測數 據。對于平板型熱源，可以把熱量輻射板2設置為平板結構，并采用鋼鐵材質模擬鋼坯生產； 也可根據具體實際情況，使用把熱量輻射板2設置為其他材料。
[0042] 為了便于得到不同的熱源溫度，在高溫電阻爐1上設置有功率調節旋鈕，方便調節 所產生的熱量。
[0043] 進一步地，熱電轉化模塊包括受熱板4、溫差發電組件5和水冷箱6,受熱板4設置在 溫差發電組件5下部，該受熱板4用于吸收熱量，吸收熱量的同時自身溫度升高。在溫差發電 組件5與受熱板4之間設置高溫熱電偶，通過該高溫熱電偶檢測實時溫度。高溫熱電偶通過 連接線8與溫度顯示器9電連接，溫度顯示器9用于把檢測的溫度顯示出來。
[0044] 相應的，水冷箱6設置在溫差發電組件5上部，在溫差發電組件5與水冷箱6之間設 置有低溫熱電偶，該低溫熱電偶通過連接線8與溫度顯示器9電連接，溫度顯示器9用于把檢 測的溫度顯示出來。其中，水冷箱6兩端連接有輸水管601，輸水管601用于冷卻水的循環。通 過水冷箱6向溫差發電組件5傳遞低溫，使溫差發電組件5的冷端具有較低的溫度，增加溫差 發電組件5的熱端與冷端的溫度差，提高發電效率。
[0045] 為了更準確的反應出各部分的溫度，還可通過紅外測溫技術檢測熱量輻射板2的 表面溫度，可得到更準確的檢測數據。
[0046] 功率檢測模塊包括功率記錄儀10,該功率記錄儀10與溫差發電組件5電連接，用于 溫差發電組件5的功率檢測。當模擬檢測系統工作穩定后，功率記錄儀10以及溫差發電組件 5兩側的溫度會在一定范圍內波動，整體區域穩定狀態，此時的發電效率即為正常工作時的 發電效率。
[0047]為了避免高溫影響，熱電轉化模塊中的連接線可用鋼玉管覆蓋，使連接線從鋼玉 管中穿過，從而延長檢測系統的使用壽命。
[0048] 實施例2
[0049] 本實施例的工業熱輻射熱電轉化效率的封閉式模擬檢測系統，其基本結構與實施 例1相同，其不同之處在于:空心耐火磚3的內部空腔的截面為圓形或方形，即內部空腔為圓 臺或方臺狀。
[0050] 空心耐火磚3由不同尺寸的耐火磚塊層疊卡合而成，耐火磚塊的截面結構如圖3所 示，在耐火磚的上部設置有上卡座301，耐火磚塊的下部設置有下卡口 302,下部的耐火磚塊 的上卡座301與其鄰近上方的耐火磚塊的下卡口 302相互卡合，使兩個耐火磚塊相互疊加連 接。通過耐火磚塊的疊加，可增加受熱板4與熱量輻射板2之間的距離，從而可檢測距離與熱 電轉化效率之間的距離的關系。
[0051] 對于溫差發電組件而言，溫差越大其發電效率越高，但在進行模擬時如何得到最 大的溫差是一大難題。如果是讓受熱板4靠近熱源，那么溫差發電組件5的高溫端溫度增加， 與此同時，水冷箱6由于靠近了熱源，其內部溫度必然會上升，容易導致溫差不但沒有增加， 反而有一定的減小；如果受熱板4遠離熱源，那么溫差發電組件5的冷端溫度變化較小，而熱 端溫度會明顯減低，同樣會導致溫差變小。因此，工業應用中，設定熱電轉化裝置合適的高 度也是提高發電效率的重要措施。
[0052] 此外，本實施例中把耐火磚塊之間采用扣合式連接方式進行連接，而不是簡單的 平面型累積，在連接處不會形成與外界相通的縫隙，具有更好的封閉性，確保內部熱量不會 通過連接縫隙而產生較大的損失，更貼近于實際生產，檢測結果更準確。
[0053] 實施例3
[0054] 本實施例的工業熱輻射熱電轉化效率的封閉式模擬檢測系統，其基本結構與實施 例2相同，其不同之處在于:溫差發電組件5與受熱板4及水冷箱6的接觸面填充有導熱材料。 所述導熱材料可以為導熱硅脂，通過導熱材料能高效的傳遞熱能，減少間隙處的熱量損失， 是熱電偶能夠更準確的反應溫度的變化。
[0055] 更進一步地，水冷箱6內部間隔設置翅片，且翅片設置在靠近溫差發電組件5的一 偵U。該翅片為薄板狀，輸水管601設置在水冷箱6的兩端，水流方向與翅片長度方向相同，通 過翅片能夠更大效率的在溫差發電組件5與水冷箱6之間進行熱交換。
[0056] 實施例4
[0057] 本實施例的工業熱輻射熱電轉化效率的封閉式模擬檢測系統，其基本結構與實施 例2相同，其不同之處在于:溫差發電組件5與受熱板4及水冷箱6的接觸面填充有導熱材料。 所述導熱材料可以為導熱硅脂，通過導熱材料能高效的傳遞熱能，減少間隙處的熱量損失， 是熱電偶能夠更準確的反應溫度的變化。
[0058]更進一步地，水冷箱的上部設置有散熱片7,該散熱片7均勻間隔排布，且散熱片7 的長度方向與水流方向垂直，通過該散熱片7能夠增加水冷箱6與空氣的接觸面積，利用空 氣的流動對水冷箱6內的冷卻水降溫，促使溫差發電組件5的高溫端和冷端具有較大的溫 差。
[0059] 值得說明的是，本發明中的熱量輻射板2可以根據檢測需要設計為圓形或方形的 結構；如果是要模擬棒材的熱輻射實驗，可以把熱量輻射板2設計成半圓形的棒材結構，并 且圓弧面在上部，使其能夠接近于棒材的熱輻射特點。
[0060] 本發明的一種工業熱輻射熱電轉化效率的封閉式模擬檢測方法，使用工業熱輻射 熱電轉化效率的封閉式模擬檢測系統進行檢測，其過程為：
[0061] 步驟一、通過增減耐火磚塊數量設定熱量輻射板2與受熱板4之間距離，根據實際 需要，設定熱量輻射板2形狀，并啟動高溫電阻爐1對熱量輻射板2進行預熱，可將預熱溫度 設定為76~860K，以便于實施檢測;熱量輻射板2向外輻射熱量，并通過斯特潘-波爾茲曼定 律進行熱量計算；
[0062] 步驟二、預熱20~60分鐘后，熱量輻射板2溫度達到要求溫度800K，且溫差發電組 件5進入穩定工作狀態，溫差保持在一定范圍內微小波動;然后通過功率記錄儀10記錄發電 功率P實，并記錄同時刻的溫度顯示器9所記錄的溫度，高溫熱電偶檢測溫差發電組件5此時 的熱端面溫度，低溫熱電偶檢測溫差發電組件5的此時冷端面溫度；
[0063]步驟三、根據步驟二中測得數據，計算出接收的總功率Pii;計算過程中采用的角系 數計算公式為：
[0065] 參看圖5,其中ab、ac、ad、bd、bc為a、b、c、d對應兩點之間的線段長度；
[0066] 步驟四、計算熱電轉化效率，其值為:n=P實/p?。
[0067] 實施例5
[0068] 為了便于實驗測量，可以將熱量耐火磚塊的內腔橫截面設置為方形，則縱向截面 為梯形，形成的空心耐火磚內腔的上端邊長為12cm，底邊長為28cm，高是15cm，受熱板4為邊 長12cm的方形銅板，該銅板表面光滑，熱吸收率為0.8，熱發射率為0.05，且受熱板4與熱量 輻射板2平行設置，兩者間的距離為15cm。溫差發電組件5可以是由4塊邊長4cm的溫差發電 片組成，則總面積為0.0064m 2。
[0069]檢測時，啟動高溫電阻爐1，對熱量輻射板2預熱20分鐘，檢測鋼板溫度達800K，高 溫熱電偶測得溫差發電組件5的高溫端溫度為400K;低溫熱電偶測得溫差發電組件5的冷端 溫度是340K，溫差達到60K，功率記錄儀10測得發電功率P實為4.416W。
[0070]計算熱吸收量，根據傳熱學斯特潘-波爾茲曼定律進行計算，其公式為:E = A ? S ? e ? T4，
[0071]其中，E為輻射的熱量;S為輻射系數，S = 5.67 X 10-8W/m2 X K4;
[0072] A為輻射板面積，e為發射率；
[0073]可計算出熱源輻射量是
[0074] E = 0.282 X 5.67 X 10-8 X 0.8 X 8004= 1456W;
[0075]其中熱量輻射板2的有效面積為0.282 = 0.0784m2，鋼板的發射率為0.8。
[0076]受熱板接收的輻射熱等于發射的輻射熱乘以角系數，參看圖5,角系數的公式為
[0078] 其中ab、ac、ad、bd、bc為a、b、c、d對應兩點之間的線段長度；
[0079] 計算得到角系數Xab>c；d = 0.718,則受熱板作為吸收面所吸收的熱輻射量為：
[0080] 0.718 ? E = 0.718X1456 = 1045ff；
[0081 ]進而算得接收的總功率為：
[0083]從而計算轉化效率為：
[0085] 實施例6
[0086] 為了便于實驗測量，可以將熱量耐火磚塊的內腔橫截面設置設置為圓形，縱截面 仍然為提醒，形成的空心耐火磚內腔的上端直徑為12cm，底部直徑為28cm，高是15cm，受熱 板4為邊長13cm的方形銅板，該銅板表面光滑，熱吸收率為0.8，熱發射率為0.05，且受熱板4 與熱量輻射板2平行設置，兩者間的距離為15cm。溫差發電組件5可以是由4塊邊長4cm的溫 差發電片組成，其總面積為〇. 0064 m2。
[0087]檢測時，啟動高溫電阻爐1，對熱量輻射板2預熱20分鐘，檢測鋼板溫度達800K，高 溫熱電偶測得溫差發電組件5的高溫端溫度為396K;低溫熱電偶測得溫差發電組件5的冷端 溫度是340K，溫差達到56K，功率記錄儀10測得發電功率P實為4.396W。
[0088]計算熱吸收量，根據傳熱學斯特潘-波爾茲曼定律進行計算，其公式為:E = A ? S ? e ? T4，
[0089]其中，E為輻射的熱量;S為輻射系數，S = 5 ? 67 X 10-8W/m2 X K4;
[0090] A為輻射板面積，e為發射率；
[0091] 可計算出熱源輻射量是
[0092] E = 0.282 X 5.67 X 10-8 X 0.8 X 8004= 1456W;
[0093]其中熱量輻射板2的有效面積為0.282 = 0.0784m2，鋼板的發射率為0.8。
[0094]受熱板4接收的輻射熱等于發射的輻射熱乘以角系數，根據角系數的公式
[0096] 其中ab、ac、ad、bd、bc為a、b、c、d對應兩點之間的線段長度；
[0097] 計算得到角系數Xab>c；d = 0.718,則受熱板作為吸收面所吸收的熱輻射量為：
[0098] 0.718 ? E = 0.718X1456 = 1045ff；
[0099]進而算得接收的總功率為：
[0101]從而計算轉化效率為：
[0103]根據實施例5和實施例6可知，在內部空腔的形狀改變的情況下，縱向截面仍為梯 形，角系數不改變，溫差不變，溫差發電組件的發電效率不變;但由于受熱板面積的減小，所 能吸收的熱量減少，高溫端的溫度有一定的下降，導致熱電轉化效率降低。
[0104] 實施例7
[0105]為了便于實驗測量，可以將熱量耐火磚塊的內腔截面設置為方形，則縱向截面為 提梯形，形成的空心耐火磚的上端邊長為14cm，底邊長為28cm，高是12.5cm，受熱板4為邊長 15cm的方形銅板，該銅板表面光滑，熱吸收率為0.8，熱發射率為0.05，且受熱板4與熱量輻 射板2平行設置，兩者間的距離為12.5cm。溫差發電組件5可以是由4塊邊長4cm的溫差發電 片組成，則總面積為0.0064m 2。
[0106]檢測時，啟動高溫電阻爐1，對熱量輻射板2預熱20分鐘，檢測鋼板溫度達800K，高 溫熱電偶測得溫差發電組件5的高溫端溫度為420K;低溫熱電偶測得溫差發電組件5的冷端 溫度是350K，溫差達到70K，功率記錄儀10測得發電功率P實為5.721W。
[0107]計算熱吸收量，根據傳熱學斯特潘-波爾茲曼定律進行計算，其公式為:E = A ? S ? e ? T4，
[0108]其中，E為輻射的熱量;S為輻射系數，S = 5.67 X 10-8W/m2 X K4;
[0109] A為輻射板面積，e為發射率；
[0110] 可計算出熱源輻射量是
[0111] E = 0 ? 282 X 5 ? 67 X 10-8 X 0 ? 8 X 8004= 1456W;
[0112]其中熱量輻射板2的有效面積為0.282 = 0.0784m2，鋼板的發射率為0.8。
[0113]受熱板接收的輻射熱等于發射的輻射熱乘以角系數，參看圖5,角系數的公式為
[0115] 其中ab、ac、ad、bd、bc為a、b、c、d對應兩點之間的線段長度；
[0116] 計算得到角系數Xab,。<! = 0.786，則受熱板作為吸收面所吸收的熱輻射量為：
[0117] 0.786 ? E = 0.786X1456 = 1144ff；
[0118] 進而算得接收的總功率為：
[0120] 從而計算轉化效率為：
[0122] 實施例8
[0123] 為了便于實驗測量，可以將熱量耐火磚塊的內腔橫截面設置為方形，縱向截面為 梯形，形成的空心耐火磚的上端邊長為16cm，底邊長為28cm，高是10cm，受熱板4為邊長17cm 的方形銅板，該銅板表面光滑，熱吸收率為〇. 8，熱發射率為0.05，且受熱板4與熱量輻射板2 平行設置，兩者間的距離為l〇cm。溫差發電組件5可以是由4塊邊長4cm的溫差發電片組成， 則總面積為0.0064rrf。
[0124] 檢測時，啟動高溫電阻爐1，對熱量輻射板2預熱20分鐘，檢測鋼板溫度達800K，高 溫熱電偶測得溫差發電組件5的高溫端溫度為450K;低溫熱電偶測得溫差發電組件5的冷端 溫度是370K，溫差達到80K，功率記錄儀10測得發電功率P實為7.02W。
[0125] 計算熱吸收量，根據傳熱學斯特潘-波爾茲曼定律進行計算，其公式為:E = A ? S ? e ? T4，
[0126] 其中，E為輻射的熱量;S為輻射系數，S = 5.67 X 10-8W/m2 XK4;
[0127] A為輻射板面積，e為發射率；
[0128] 可計算出熱源輻射量是
[0129] E = 0 ? 282 X 5 ? 67 X 10-8 X 0 ? 8 X 8004= 1456W;
[0130]其中熱量輻射板2的有效面積為0.282 = 0.0784m2，鋼板的發射率為0.8。
[0131] 受熱板接收的輻射熱等于發射的輻射熱乘以角系數，參看圖5,角系數的公式為
[0133] 其中ab、ac、ad、bd、bc為a、b、c、d對應兩點之間的線段長度；
[0134] 計算得到角系數Xab>c；d = 0.812,則受熱板作為吸收面所吸收的熱輻射量為：
[0135] 0.812 ? E = 0.812X1456 = 1182ff；
[0136] 進而算得接收的總功率為：
[0138]從而計算轉化效率為：
[0140] 由實施例5~8可以看出，當溫差發電組件的受熱面積不變時，隨著受熱板與熱量 輻射板之間距離的減小，溫差不斷增加，轉化效率增加，并沒有因距離的靠近而出現溫差減 小的現象，經過分析，其主要原因在于封閉式模擬檢測系統把大部分熱量控制在耐火磚空 腔內部，減少了輻射的熱量對水冷箱的影響，所以當距離靠近時，溫差會不斷增加，但當靠 近距離為6cm以下時，雖然仍然有較大溫差，但溫差發電組件發電效率很低，而且在短時間 使用后就會損壞，即如果距離過近，較高的溫度會導致溫差發電組件損壞，而得不到較大的 發電功率。
[0141] 此外，還可看出大量的熱能沒有得到利用，當溫差一定時，轉化效率主要和溫差發 電組件的面積有關，所分布的溫差發電組件越多，對熱輻射余熱的利用越大。
[0142] 以上示意性的對本發明及其實施方式進行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所 示的也只是本發明的實施方式之一，實際的結構并不局限于此。所以，如果本領域的普通技 術人員受其啟示，在不脫離本發明創造宗旨的情況下，不經創造性的設計出與該技術方案 相似的結構方式及實施例，均應屬于本發明的保護范圍。
【主權項】
1. 工業熱輻射熱電轉化效率的封閉式模擬檢測系統，其特征在于:包括熱輻射模塊、熱 電轉化模塊和功率檢測模塊，所述的熱輻射模塊模擬高溫熱源，用于向外部輻射散發熱量， 該熱輻射模塊中設置有空心耐火磚(3)，所述熱電轉化模塊設置在空心耐火磚(3)的上部開 口處，通過熱電轉化模塊中的溫差發電組件(5)把吸收的熱能轉化為電能;所述功率檢測模 塊與熱電轉化模塊電連接，用于檢測發電功率。2. 根據權利要求1所述的工業熱輻射熱電轉化效率的封閉式模擬檢測系統，其特征在 于:所述的熱輻射模塊還包括高溫電阻爐（1)，空心耐火磚(3)的內部空腔圍住高溫電阻爐 (1)的熱輻射面板。3. 根據權利要求2所述的工業熱輻射熱電轉化效率的封閉式模擬檢測系統，其特征在 于:高溫電阻爐（1)的熱輻射面板上設有熱量輻射板(2)，高溫電阻爐（1)產生的熱量通過該 熱量福射板(2)向外部福射。4. 根據權利要求2所述的工業熱輻射熱電轉化效率的封閉式模擬檢測系統，其特征在 于:所述空心耐火磚(3)由不同尺寸的耐火磚塊層疊卡合而成。5. 根據權利要求1所述的工業熱輻射熱電轉化效率的封閉式模擬檢測系統，其特征在 于:所述功率檢測模塊包括功率記錄儀（10)，該功率記錄儀（10)與溫差發電組件(5)電連 接，用于溫差發電組件(5)的功率檢測。6. 根據權利要求1~5中任一項所述的工業熱輻射熱電轉化效率的封閉式模擬檢測系 統，其特征在于:所述熱電轉化模塊包括受熱板(4)、溫差發電組件(5)和水冷箱(6)，所述受 熱板(4)設置在溫差發電組件(5)下部，并在溫差發電組件(5)與受熱板(4)之間設置高溫熱 電偶;所述水冷箱(6)設置在溫差發電組件(5)上部，在溫差發電組件(5)與水冷箱(6)之間 設置有低溫熱電偶。7. 根據權利要求6所述的工業熱輻射熱電轉化效率的封閉式模擬檢測系統，其特征在 于:所述溫差發電組件(5)與受熱板(4)及水冷箱(6)的接觸面填充有導熱材料。8. 根據權利要求6所述的工業熱輻射熱電轉化效率的封閉式模擬檢測系統，其特征在 于:所述水冷箱(6)內部間隔設置翅片，且翅片設置在靠近溫差發電組件(5)的一側。9. 根據權利要求6所述的工業熱輻射熱電轉化效率的封閉式模擬檢測系統，其特征在 于:所述水冷箱(6)上部設置有散熱片(7 )，該散熱片(7)均勻間隔排布。10. -種工業熱輻射熱電轉化效率的封閉式模擬檢測方法，使用工業熱輻射熱電轉化 效率的封閉式模擬檢測系統進行檢測，其過程為： 步驟一、通過增減耐火磚塊數量設定熱量輻射板(2)與受熱板(4)之間距離，根據實際 需要，設定熱量輻射板(2)形狀，并啟動高溫電阻爐（1)對熱量輻射板(2)進行預熱;步驟二、 預熱20~60分鐘后，熱量輻射板(2)溫度達到要求溫度且溫差發電組件(5)進入穩定工作狀 態;通過功率記錄儀(10)記錄發電功率P實，高溫熱電偶檢測溫差發電組件(5)此時的熱端面 溫度，低溫熱電偶檢測溫差發電組件(5)的此時冷端面溫度； 步驟三、根據步驟二中測得數據，計算出接收的總功率Pii; 步驟四、計算熱電轉化效率，其值為:n=P實/P測。
【文檔編號】G01R31/00GK105929280SQ201610374571
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月26日
【發明人】顧明言, 范煜東, 陳 光, 楚化強, 包向軍, 何先輝
【申請人】安徽工業大學