汽車尾氣余熱溫差發電研究進展

摘 要：本文從五種溫差發電基本效應理論基礎出發分析發電原理，并基于此原理闡述在現如今其在溫差發電領域的發展及應用，同時指出為以后對汽車尾氣余熱溫差發電進行系統研究，提供一定的理論基礎。

關鍵詞：溫差發電；汽車尾氣；基本效應

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

0 引言

隨著汽車產業的發展，汽車消耗能量也逐步地增加，因此對于車輛的能源進行節約顯得尤為重要，所以利用發動機的余熱發電成為了大家所公認的一個對于節能的一個行之有效地途徑[1]。現如今，汽車的作為動力只占消耗能量的40%[2]左右，剩下的60%的能量沒有被充分利用，而在這部分能量中，被發動機廢氣排放所帶走的能量卻為30%-45%[3]，這些能量大部分通過熱量散發出去，造成了嚴重的空氣污染。另外，汽車發動機的排氣壓力大，溫度高，排氣溫度可達800℃左右。如果將這些余熱用來進行溫差發電，不僅可以節約能源，還會因為利用熱量進行溫差發電，提高燃機熱效率和在一定程度上減低汽車的噪聲震動。所以，通過汽車的余熱發電這項技術顯得尤為重要。

1 溫差發電理論基礎

塞貝克效應、珀爾帖效應、湯姆遜效應、焦耳效應和傅立葉效應稱為溫差發電的五種基本效應，其中塞貝克效應、珀爾帖效應、湯姆遜效應中電和熱的轉化是可逆的，而焦耳效應和傅立葉效應是不可逆的。這五種效應構成了溫差發電研究的理論基礎，下面依次進行介紹。

1.1 塞貝克效應

塞貝克效應，又被人稱為熱電的第一效應，作為發現者的塞貝克認為，所謂的塞貝克效應就是因為接觸材料的溫度不同，存在了相應地溫度差，這就使得接觸材料所形成的回路存在了一定量的電動勢，這種電動勢也被塞貝克叫做溫差電動勢。這種效應經常被作為溫差發電理論基礎被學者廣泛使用。

1.2 珀爾帖效應

珀爾帖效應，常常又叫做熱電的第二效應，法國珀爾帖認為，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，它們的接觸處就會相應地產生放熱和吸熱地現象。同時珀爾帖經過實驗分析發現，接觸處地熱量在很大程度上與電流的強度成正比。通過比較塞貝克效應和珀爾帖效應可知，珀爾帖效應是塞貝克效應的逆過程，塞貝克效應應用于溫差發電，珀爾帖效應應用于溫差制冷。

1.3 湯姆遜效應

湯姆遜效應，同樣地也常常被人稱為第三效應，英國科學家湯姆遜認為，如果接觸的材料存在的一定的溫度梯度的時候，導體會相應地放出和吸收熱量，同樣在其冷熱的過度區間就會產生相應地電動勢，這種現象經常被研究者稱為湯姆遜效應。隨著后人對該效應地研究，人們發現，在一定長度上所吸收和放出的熱量與在該封閉回路上所通過的電流與溫度的乘積成正比。同時為了辨別何時為吸熱，何時為放熱，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

焦耳效應定義為單位時間內由穩定電流產生的熱量等于導體電阻和電流平方的乘積。

1.5 傅立葉效應

傅立葉效應定義為單位時間里沿均勻介質某一方向傳導的熱量正比于垂直這個方向的面積和該方向上溫度梯度的乘積。

2 溫差發電的發展及應用

溫差電從發現到現在已有100余年的歷史，但是由于金屬之間的溫差發電效應比較微弱難以撲捉，所以對于其在實際生活中卻很難應用。但是隨著研究的不斷深入，對于溫差發電這一技術也隨著人們對金屬替代物——半導體和金屬性地氧化物的發現被廣泛地應用。這種廣泛性最大程度表現在軍工行業以及航天航空行業。但是在民用方面，其顯著地優勢也逐漸被應對于緩解能源危機和空氣污染。

3 現如今存在的主要問題

盡管隨著人們對于溫差發電的研究不斷取得進展，但是如果要實現溫差發電的技術在實際生活中取得廣而有效地成績，卻還有許多問題急需解決，它主要表現在以下的幾個方面：

（1）發電的效率不高。根據現在研究學者們的研究成果來看，利用溫差發電技術所設置地溫差發電裝置效率僅僅為5%-7%，這種問題的主要原因就是，對于溫差發電的裝置還需要很大地優化和改進。

（2）材料散熱的情況。對于溫差發電來說，它的基礎原理就是通過溫度差從而造就電動勢，所以這就會出現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電量。

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

參考文獻：

[1]張征.溫差發電技術及其在汽車發動機排氣余熱利用中的應用[J].能源技術，2004，25（03）：120-123.

[2]劉忠寶，王浚.發動機排氣取熱換熱器動態特性分析[J].遼寧工程技術大學學報，2003（05）：559-661.

[3]董桂田.汽車發動機排氣廢熱的溫差發電.北京節能，1997（04）：7-9.

作者簡介：楊紅艷（1987-）， 女，河南開封人，在讀研究生，研究方向：小型風冷柴油機。