楊紅艷　周東一　彭浩

摘 要：本文從五種溫差發(fā)電基本效應(yīng)理論基礎(chǔ)出發(fā)分析發(fā)電原理，并基于此原理闡述在現(xiàn)如今其在溫差發(fā)電領(lǐng)域的發(fā)展及應(yīng)用，同時(shí)指出為以后對(duì)汽車(chē)尾氣余熱溫差發(fā)電進(jìn)行系統(tǒng)研究，提供一定的理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：溫差發(fā)電；汽車(chē)尾氣；基本效應(yīng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.124

0 引言

隨著汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，汽車(chē)消耗能量也逐步地增加，因此對(duì)于車(chē)輛的能源進(jìn)行節(jié)約顯得尤為重要，所以利用發(fā)動(dòng)機(jī)的余熱發(fā)電成為了大家所公認(rèn)的一個(gè)對(duì)于節(jié)能的一個(gè)行之有效地途徑[1]?，F(xiàn)如今，汽車(chē)的作為動(dòng)力只占消耗能量的40%[2]左右，剩下的60%的能量沒(méi)有被充分利用，而在這部分能量中，被發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣排放所帶走的能量卻為30%-45%[3]，這些能量大部分通過(guò)熱量散發(fā)出去，造成了嚴(yán)重的空氣污染。另外，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣壓力大，溫度高，排氣溫度可達(dá)800℃左右。如果將這些余熱用來(lái)進(jìn)行溫差發(fā)電，不僅可以節(jié)約能源，還會(huì)因?yàn)槔脽崃窟M(jìn)行溫差發(fā)電，提高燃機(jī)熱效率和在一定程度上減低汽車(chē)的噪聲震動(dòng)。所以，通過(guò)汽車(chē)的余熱發(fā)電這項(xiàng)技術(shù)顯得尤為重要。

1 溫差發(fā)電理論基礎(chǔ)

塞貝克效應(yīng)、珀?duì)柼?yīng)、湯姆遜效應(yīng)、焦耳效應(yīng)和傅立葉效應(yīng)稱為溫差發(fā)電的五種基本效應(yīng)，其中塞貝克效應(yīng)、珀?duì)柼?yīng)、湯姆遜效應(yīng)中電和熱的轉(zhuǎn)化是可逆的，而焦耳效應(yīng)和傅立葉效應(yīng)是不可逆的。這五種效應(yīng)構(gòu)成了溫差發(fā)電研究的理論基礎(chǔ)，下面依次進(jìn)行介紹。

1.1 塞貝克效應(yīng)

塞貝克效應(yīng)，又被人稱為熱電的第一效應(yīng)，作為發(fā)現(xiàn)者的塞貝克認(rèn)為，所謂的塞貝克效應(yīng)就是因?yàn)榻佑|材料的溫度不同，存在了相應(yīng)地溫度差，這就使得接觸材料所形成的回路存在了一定量的電動(dòng)勢(shì)，這種電動(dòng)勢(shì)也被塞貝克叫做溫差電動(dòng)勢(shì)。這種效應(yīng)經(jīng)常被作為溫差發(fā)電理論基礎(chǔ)被學(xué)者廣泛使用。

1.2 珀?duì)柼?yīng)

珀?duì)柼?yīng)，常常又叫做熱電的第二效應(yīng)，法國(guó)珀?duì)柼J(rèn)為，假如兩種不同材料的金屬所形成的閉合回路中存在了直流電流的話，它們的接觸處就會(huì)相應(yīng)地產(chǎn)生放熱和吸熱地現(xiàn)象。同時(shí)珀?duì)柼?jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，接觸處地?zé)崃吭诤艽蟪潭壬吓c電流的強(qiáng)度成正比。通過(guò)比較塞貝克效應(yīng)和珀?duì)柼?yīng)可知，珀?duì)柼?yīng)是塞貝克效應(yīng)的逆過(guò)程，塞貝克效應(yīng)應(yīng)用于溫差發(fā)電，珀?duì)柼?yīng)應(yīng)用于溫差制冷。

1.3 湯姆遜效應(yīng)

湯姆遜效應(yīng)，同樣地也常常被人稱為第三效應(yīng)，英國(guó)科學(xué)家湯姆遜認(rèn)為，如果接觸的材料存在的一定的溫度梯度的時(shí)候，導(dǎo)體會(huì)相應(yīng)地放出和吸收熱量，同樣在其冷熱的過(guò)度區(qū)間就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)地電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象經(jīng)常被研究者稱為湯姆遜效應(yīng)。隨著后人對(duì)該效應(yīng)地研究，人們發(fā)現(xiàn)，在一定長(zhǎng)度上所吸收和放出的熱量與在該封閉回路上所通過(guò)的電流與溫度的乘積成正比。同時(shí)為了辨別何時(shí)為吸熱，何時(shí)為放熱，常將溫度梯度的變化方向和電流走向作為參考，如若一致，則定義為吸熱，反之，則為放熱。

1.4 焦耳效應(yīng)

焦耳效應(yīng)定義為單位時(shí)間內(nèi)由穩(wěn)定電流產(chǎn)生的熱量等于導(dǎo)體電阻和電流平方的乘積。

1.5 傅立葉效應(yīng)

傅立葉效應(yīng)定義為單位時(shí)間里沿均勻介質(zhì)某一方向傳導(dǎo)的熱量正比于垂直這個(gè)方向的面積和該方向上溫度梯度的乘積。

2 溫差發(fā)電的發(fā)展及應(yīng)用

溫差電從發(fā)現(xiàn)到現(xiàn)在已有100余年的歷史，但是由于金屬之間的溫差發(fā)電效應(yīng)比較微弱難以撲捉，所以對(duì)于其在實(shí)際生活中卻很難應(yīng)用。但是隨著研究的不斷深入，對(duì)于溫差發(fā)電這一技術(shù)也隨著人們對(duì)金屬替代物——半導(dǎo)體和金屬性地氧化物的發(fā)現(xiàn)被廣泛地應(yīng)用。這種廣泛性最大程度表現(xiàn)在軍工行業(yè)以及航天航空行業(yè)。但是在民用方面，其顯著地優(yōu)勢(shì)也逐漸被應(yīng)對(duì)于緩解能源危機(jī)和空氣污染。

3 現(xiàn)如今存在的主要問(wèn)題

盡管隨著人們對(duì)于溫差發(fā)電的研究不斷取得進(jìn)展，但是如果要實(shí)現(xiàn)溫差發(fā)電的技術(shù)在實(shí)際生活中取得廣而有效地成績(jī)，卻還有許多問(wèn)題急需解決，它主要表現(xiàn)在以下的幾個(gè)方面：

（1）發(fā)電的效率不高。根據(jù)現(xiàn)在研究學(xué)者們的研究成果來(lái)看，利用溫差發(fā)電技術(shù)所設(shè)置地溫差發(fā)電裝置效率僅僅為5%-7%，這種問(wèn)題的主要原因就是，對(duì)于溫差發(fā)電的裝置還需要很大地優(yōu)化和改進(jìn)。

（2）材料散熱的情況。對(duì)于溫差發(fā)電來(lái)說(shuō)，它的基礎(chǔ)原理就是通過(guò)溫度差從而造就電動(dòng)勢(shì)，所以這就會(huì)出現(xiàn)冷熱兩端散熱不均勻性，使得兩端地溫度差降低的很快，在一定程度減低了發(fā)電量。

（3）可靠性。這種情況也是很多機(jī)械裝置存在的，由于受熱不均和機(jī)械震動(dòng)造就了應(yīng)力。此外，還有受如高溫、濕氣、油污灰塵等環(huán)境因素的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]張征.溫差發(fā)電技術(shù)及其在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣余熱利用中的應(yīng)用[J].能源技術(shù)，2004，25（03）：120-123.

[2]劉忠寶，王浚.發(fā)動(dòng)機(jī)排氣取熱換熱器動(dòng)態(tài)特性分析[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003（05）：559-661.

[3]董桂田.汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣廢熱的溫差發(fā)電.北京節(jié)能，1997（04）：7-9.

作者簡(jiǎn)介：楊紅艷（1987-）， 女，河南開(kāi)封人，在讀研究生，研究方向：小型風(fēng)冷柴油機(jī)。