基于溫差發(fā)電技術(shù)的節(jié)能環(huán)保燃?xì)庠畹难兄?/h1>
2016-12-08 02:01:16鄭宇康鄒明燁王本陽(yáng)鄭奎生
中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品 2016年21期
鄭宇康鄒明燁王本陽(yáng)鄭奎生
（1.威海市第二中學(xué)，山東 威海 264200；2.威海市第一中學(xué)，山東 威海 264200；3.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）光電科學(xué)系，山東 威海 264200；4.威海市市級(jí)機(jī)關(guān)衛(wèi)生所，山東 威海 264200）
基于溫差發(fā)電技術(shù)的節(jié)能環(huán)保燃?xì)庠畹难兄?/p>
鄭宇康1鄒明燁2王本陽(yáng)3鄭奎生4
（1.威海市第二中學(xué)，山東 威海 264200；2.威海市第一中學(xué)，山東 威海 264200；3.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）光電科學(xué)系，山東 威海 264200；4.威海市市級(jí)機(jī)關(guān)衛(wèi)生所，山東 威海 264200）
目的：探討節(jié)能環(huán)保燃?xì)庠钛兄萍皯?yīng)用。方法：將雙灶頭燃?xì)庠畹囊粋?cè)按照節(jié)能環(huán)保燃?xì)庠畹脑O(shè)計(jì)方案改造，在兩側(cè)灶具內(nèi)加入等重的水，加熱相同時(shí)間。間隔30s記錄兩灶具水溫、節(jié)能環(huán)內(nèi)、外水箱溫度、電流、電壓。結(jié)果：普通燃?xì)庠罹邇?nèi)水溫總和：7319.5℃，節(jié)能環(huán)保燃?xì)庠罹邇?nèi)水溫總和：7592.9℃，二者總溫差：273.4℃。節(jié)能環(huán)內(nèi)水箱溫度總和：7217.1℃；外水箱溫度總和：5044℃，二者溫差：2173.1℃；總電流：5.2021A，總電壓：64.6515V，發(fā)電總量：0.00003121kWh。結(jié)論：節(jié)能環(huán)保燃?xì)庠罹哂猩郎乜臁⒔禍芈?、熱能利用率高、?jié)能、環(huán)保、安全等特點(diǎn)。
溫差發(fā)電；節(jié)能環(huán)；燃?xì)庠?/p>
節(jié)能與環(huán)保是21世紀(jì)人類面臨的嚴(yán)重問(wèn)題。中國(guó)正處在持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵階段，開(kāi)發(fā)新能源和充分利用低品位能源、廢能源具有重大意義。同時(shí)，通過(guò)節(jié)能可以節(jié)約大量燃料，對(duì)于降低我國(guó)在二氧化碳，二氧化硫和氮氧化物的排放都具有直接的影響。現(xiàn)有的燃?xì)庠?，熱利用率較低，只是利用火焰上方熱能，其火焰周圍熱能沒(méi)有很好地利用，造成熱能大量浪費(fèi)。并且經(jīng)常出現(xiàn)忘記關(guān)閉燃?xì)庠铋_(kāi)關(guān)造成糊鍋的現(xiàn)象，有時(shí)甚至引發(fā)火災(zāi)。
本研究的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)的不足：（1）將傳統(tǒng)燃?xì)庠钤罹咧Ъ苌?jí)改造為“節(jié)能環(huán)”；（2）增加預(yù)約定時(shí)火力控制功能；（3）充電、LED燈照明、音樂(lè)MP3播放功能。節(jié)能環(huán)的作用是：①將燃?xì)庠畹幕鹧嫱鈬鸁崮軆?chǔ)存；②利用溫差發(fā)電技術(shù)將部分熱能轉(zhuǎn)變成電能，為燃?xì)庠钭陨砉╇姡⒖梢詾榧矣眯‰娖鞒潆?，多余電能通過(guò)蓄電池儲(chǔ)存。預(yù)約定時(shí)火力控制功能：利用多通道定時(shí)器、電磁閥分別定時(shí)控制燃?xì)庠罨鹆Υ笮?，到時(shí)自動(dòng)關(guān)閉燃?xì)庠睿黾尤細(xì)庠畹陌踩?。LED燈照明、MP3播放音樂(lè)增加操作者的舒適性及樂(lè)趣。
1.材料與方法
1.1一般資料
采用雙灶頭燃?xì)庠?，將一?cè)灶頭按照節(jié)能環(huán)保燃?xì)庠畹脑O(shè)計(jì)方案改造。節(jié)能環(huán)規(guī)格：315*315*40mm，形狀為內(nèi)圓外方。節(jié)能環(huán)的主要結(jié)構(gòu)：內(nèi)、外兩層不相通水箱中間夾有溫差發(fā)電片，溫差發(fā)電片兩側(cè)分別涂勻?qū)峁柚?。?jié)能環(huán)4面共用溫差發(fā)電片26片，溫差發(fā)電片采用串聯(lián)。半導(dǎo)體溫差發(fā)電片型號(hào)：SP1848-27145-SA。
1.2方法
節(jié)能環(huán)保燃?xì)庠畹脑O(shè)計(jì)：其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外部形態(tài)如圖1、圖2所示。燃?xì)庠钪饕稍铙w（1）、節(jié)能環(huán)（2）兩部分組成，節(jié)能環(huán)主要由內(nèi)水箱（3）、溫差發(fā)電片（4）及外水箱（5）組成，內(nèi)、外兩層水箱分別連接進(jìn)水管（11）、（13）及出水管（12）、（14）。內(nèi)、外水箱內(nèi)分別設(shè)有溫度傳感器（6）、（7），內(nèi)層水箱還設(shè)有通氣孔（19），內(nèi)層水箱（3）內(nèi)面設(shè)有灶具支架（18），使灶具（17）與內(nèi)層水箱（3）之間存在間隙，灶具與火焰接觸面更大，可以更好地吸收熱能。內(nèi)水箱（3）為熱水箱，外水箱（5）為冷水箱，內(nèi)、外水箱的溫差使溫差發(fā)電片產(chǎn)生電能，通過(guò)升壓、穩(wěn)壓控制電路板（9）為蓄電池（10）充電，然后通過(guò)負(fù)載開(kāi)關(guān)（8）控制LED燈（15）、音樂(lè)MP3（16）。燃?xì)庠钸€設(shè)有火力控制開(kāi)關(guān)（20）、定時(shí)開(kāi)關(guān)（21）。
圖1 多功能節(jié)能燃?xì)庠罱Y(jié)構(gòu)示意圖
圖2 燃?xì)庠罟?jié)能環(huán)上視圖
內(nèi)、外水箱由于存在溫度差不恒定，半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊產(chǎn)生的壓差也不穩(wěn)定，不能滿足蓄電池充電電路的要求。為此，首先須對(duì)電壓進(jìn)行穩(wěn)壓處理，然后用穩(wěn)定的電壓給蓄電池充電電路提供電能。下面具體分析溫差發(fā)電片為蓄電池充電、負(fù)載供電的工作原理。如圖3所示。
將相同的兩個(gè)灶具內(nèi)加入相同重量水2200mL，相同火力加熱1200s，關(guān)火繼續(xù)監(jiān)測(cè)1800s。間隔30s記錄兩灶具水溫、節(jié)能環(huán)內(nèi)、外水箱溫度、電流、電壓。并計(jì)算出3000s溫差發(fā)電總量。具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖4所示。
圖3 溫差發(fā)電片為蓄電池充電、負(fù)載供電框圖
圖4 普通燃?xì)庠钆c節(jié)能環(huán)保燃?xì)庠顚?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)平滑線散點(diǎn)圖
圖5
2.結(jié)果
普通燃?xì)庠罹邇?nèi)水溫總和：7319.5℃，節(jié)能環(huán)保燃?xì)庠罹邇?nèi)水溫總和：7592.9℃，二者總溫差：273.4℃。二者溫差270s達(dá)到最大20.3℃，630s～1200s二者溫度最高達(dá)到平衡。1200s關(guān)閉燃?xì)庠睿瑑稍罹邇?nèi)水溫開(kāi)始緩慢下降，3000s，二者溫差達(dá)3.2℃；節(jié)能環(huán)內(nèi)水箱溫度總和：7217.1℃；外水箱溫度總和：5044℃，二者溫差：2173.1℃；總電流：5.2021A，總電壓：64.6515V，發(fā)電總量：0.00003121kWh。后面溫差逐步減小，發(fā)電量較少，沒(méi)有繼續(xù)監(jiān)測(cè)。
3.討論
國(guó)際上，美、日兩國(guó)是目前對(duì)熱電材料與工程研究投入最多的國(guó)家之一。國(guó)內(nèi)對(duì)半導(dǎo)體致冷現(xiàn)象和應(yīng)用研究具有一定水平。溫差發(fā)電技術(shù)目前主要用于油田、野外、軍事等領(lǐng)域。該項(xiàng)目的另一市場(chǎng)化領(lǐng)域在于將發(fā)電裝置用于太陽(yáng)能、地?zé)?、工業(yè)廢能等的利用，使熱能直接轉(zhuǎn)化為電能。
熱電現(xiàn)象本身是可逆的，溫差發(fā)電和半導(dǎo)體致冷是熱電現(xiàn)象的兩個(gè)方面，互相可逆?？赏粋€(gè)PN結(jié)，若施加溫差則可用來(lái)發(fā)電，若對(duì)其通電，則可用于在一端致冷。半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊是根據(jù)塞貝克效應(yīng)制成的，即把兩種半導(dǎo)體的接合端置于高溫，處于低溫環(huán)境的另一端就可得到電動(dòng)勢(shì)：
式中：α為塞貝克系數(shù)，其單位為V/K.塞貝克系數(shù)α是由材料本身的電子能帶結(jié)構(gòu)決定的。半導(dǎo)體溫差發(fā)電片，是一種利用溫差直接將熱能轉(zhuǎn)化為電能的全固態(tài)能量轉(zhuǎn)化發(fā)電裝置，它無(wú)需化學(xué)反應(yīng)且無(wú)機(jī)械移動(dòng)部分，因而具有無(wú)噪音，無(wú)污染，無(wú)磨損，重量輕，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。隨著能源的短缺及人們不斷提高的環(huán)境保護(hù)意識(shí)，特別是全球氣候變暖問(wèn)題，半導(dǎo)體溫差發(fā)電技術(shù)以其各種優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越引起人們的關(guān)注。因此溫差發(fā)電技術(shù)具有很好的推廣和實(shí)用價(jià)值。
目前已有商品器件和設(shè)備出售，但對(duì)溫差發(fā)電方面研究相對(duì)落后，溫差發(fā)電技術(shù)在日常生活中應(yīng)用也相對(duì)較少。溫差發(fā)電技術(shù)應(yīng)用于燃?xì)庠畹膱?bào)道相對(duì)更少，現(xiàn)有的燃?xì)庠睿瑹崂寐瘦^低，造成熱能大量浪費(fèi)。燃?xì)庠罟δ軉我?，加熱時(shí)間及加熱模式不能很好地選擇，遇到煲湯或燉肉等加熱時(shí)間較長(zhǎng)模式時(shí)，就要不停進(jìn)出廚房關(guān)注燃?xì)庠?，?jīng)常出現(xiàn)忘記關(guān)閉燃?xì)庠铋_(kāi)關(guān)而造成糊鍋的現(xiàn)象，浪費(fèi)能源，有時(shí)甚至引發(fā)火災(zāi)。
本研究的目的在于發(fā)明一種節(jié)能、環(huán)保、安全的燃?xì)庠睿夭畎l(fā)電技術(shù)應(yīng)用于燃?xì)庠?。其核心技術(shù)：（1）將傳統(tǒng)燃?xì)庠钤罹咧Ъ苌?jí)改造為“節(jié)能環(huán)”；（2）預(yù)約定時(shí)火力控制功能；（3）增加充電、LED燈照明和音樂(lè)MP3播放等功能。節(jié)能環(huán)的主要結(jié)構(gòu)為：內(nèi)、外兩層不相通水箱中間夾有溫差發(fā)電片，其作用是：①內(nèi)水箱將燃?xì)庠罨鹧嫱鈬鸁崮軆?chǔ)存，并為溫差發(fā)電片提供熱源。水箱里的熱水達(dá)到100℃可以飲用，也可以與供暖設(shè)備、熱水器等設(shè)備連接。燃?xì)庠钔Ｖ辜訜?，水箱的熱能還可以反作用于灶具，起到文火加熱、食物保溫的效果，可大大節(jié)約燃料。②利用溫差發(fā)電技術(shù)將部分熱能轉(zhuǎn)變成電能，并通過(guò)蓄電池保存。預(yù)約定時(shí)火力控制功能：根據(jù)食材需要預(yù)設(shè)火力大小及時(shí)間。譬如，煲湯預(yù)計(jì)40min，可預(yù)約定時(shí)10min大火，30min小火，40min后自動(dòng)關(guān)閉燃?xì)庠?，既?jié)約燃料，解放勞動(dòng)力，又增加燃?xì)庠畹陌踩?。LED燈照明、MP3播放音樂(lè)增加操作者的舒適性及樂(lè)趣。下面通過(guò)一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明該燃?xì)庠畹墓?jié)能特性。普通燃?xì)庠罹邇?nèi)水溫總和：7319.5℃，節(jié)能環(huán)保燃?xì)庠罹邇?nèi)水溫總和：7592.9℃，二者總溫差：273.4℃，節(jié)能環(huán)保燃?xì)庠顭崂寐侍岣?%；二者溫差270s達(dá)到最大為20.3℃，630s～1200s二者溫度達(dá)到平衡，節(jié)能環(huán)保燃?xì)庠钣猩郎乜斓奶攸c(diǎn)；1200s后關(guān)閉燃?xì)庠?，兩灶具?nèi)水溫開(kāi)始緩慢下降，3000s，二者溫差達(dá)3.2℃，節(jié)能環(huán)保燃?xì)庠钣薪禍芈奶攸c(diǎn)；節(jié)能環(huán)內(nèi)水箱溫度總和：7217.1℃；外水箱溫度總和：5044℃，二者溫差：2173.1℃；總電流：5.2021A，總電壓：64.6515V，發(fā)電總量：0.00003121kWh。節(jié)能環(huán)保燃?xì)庠钶^普通燃?xì)庠罹哂猩郎乜?、降溫慢的特點(diǎn)，還具有熱能利用率高，節(jié)能、環(huán)保、安全等功能。
當(dāng)然該研究項(xiàng)目還有很多方面需要改進(jìn)：（1）如何使溫差發(fā)電模塊輸出穩(wěn)定的電壓、電流。由于溫度差不穩(wěn)定，半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊產(chǎn)生的壓差也不穩(wěn)定，不能滿足蓄電池充電電路的要求。（2）溫差發(fā)電模塊的材料還需要進(jìn)一步完善，使其耐受溫差更大、性能更穩(wěn)定。（3）溫差發(fā)電片實(shí)際發(fā)電量較標(biāo)準(zhǔn)發(fā)電量相差較大，實(shí)驗(yàn)方法、步驟還有待進(jìn)一步完善。這些不足都是今后不斷研究、改進(jìn)的方向。
隨著保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源的呼聲越來(lái)越高，利用溫差發(fā)電將會(huì)是未來(lái)發(fā)展的一個(gè)方向，從小型器件到大型電站，將越來(lái)越多地把實(shí)驗(yàn)室理論應(yīng)用到實(shí)踐中去。溫差發(fā)電技術(shù)還可以應(yīng)用其他行業(yè)，像酒店、供暖公司的爐灶、鍋爐等都可以應(yīng)用到這項(xiàng)技術(shù)。
[1]何元金，陳宏，陳默軒.溫差發(fā)電—一種新型綠色的能源技術(shù)[J].工科物理，2000（2）：36-41.
[2]屈健，李茂德，樂(lè)偉，等.半導(dǎo)體溫差發(fā)電器的工作性能優(yōu)化[J].低溫工程，2005，144（2）：20-23.
TM913
A
鄭宇康鄒明燁王本陽(yáng)鄭奎生
（1.威海市第二中學(xué)，山東 威海 264200；2.威海市第一中學(xué)，山東 威海 264200；3.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）光電科學(xué)系，山東 威海 264200；4.威海市市級(jí)機(jī)關(guān)衛(wèi)生所，山東 威海 264200）
基于溫差發(fā)電技術(shù)的節(jié)能環(huán)保燃?xì)庠畹难兄?/p>
鄭宇康1鄒明燁2王本陽(yáng)3鄭奎生4
（1.威海市第二中學(xué)，山東 威海 264200；2.威海市第一中學(xué)，山東 威海 264200；3.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）光電科學(xué)系，山東 威海 264200；4.威海市市級(jí)機(jī)關(guān)衛(wèi)生所，山東 威海 264200）
目的：探討節(jié)能環(huán)保燃?xì)庠钛兄萍皯?yīng)用。方法：將雙灶頭燃?xì)庠畹囊粋?cè)按照節(jié)能環(huán)保燃?xì)庠畹脑O(shè)計(jì)方案改造，在兩側(cè)灶具內(nèi)加入等重的水，加熱相同時(shí)間。間隔30s記錄兩灶具水溫、節(jié)能環(huán)內(nèi)、外水箱溫度、電流、電壓。結(jié)果：普通燃?xì)庠罹邇?nèi)水溫總和：7319.5℃，節(jié)能環(huán)保燃?xì)庠罹邇?nèi)水溫總和：7592.9℃，二者總溫差：273.4℃。節(jié)能環(huán)內(nèi)水箱溫度總和：7217.1℃；外水箱溫度總和：5044℃，二者溫差：2173.1℃；總電流：5.2021A，總電壓：64.6515V，發(fā)電總量：0.00003121kWh。結(jié)論：節(jié)能環(huán)保燃?xì)庠罹哂猩郎乜臁⒔禍芈?、熱能利用率高、?jié)能、環(huán)保、安全等特點(diǎn)。
溫差發(fā)電；節(jié)能環(huán)；燃?xì)庠?/p>
節(jié)能與環(huán)保是21世紀(jì)人類面臨的嚴(yán)重問(wèn)題。中國(guó)正處在持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵階段，開(kāi)發(fā)新能源和充分利用低品位能源、廢能源具有重大意義。同時(shí)，通過(guò)節(jié)能可以節(jié)約大量燃料，對(duì)于降低我國(guó)在二氧化碳，二氧化硫和氮氧化物的排放都具有直接的影響。現(xiàn)有的燃?xì)庠?，熱利用率較低，只是利用火焰上方熱能，其火焰周圍熱能沒(méi)有很好地利用，造成熱能大量浪費(fèi)。并且經(jīng)常出現(xiàn)忘記關(guān)閉燃?xì)庠铋_(kāi)關(guān)造成糊鍋的現(xiàn)象，有時(shí)甚至引發(fā)火災(zāi)。
本研究的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)的不足：（1）將傳統(tǒng)燃?xì)庠钤罹咧Ъ苌?jí)改造為“節(jié)能環(huán)”；（2）增加預(yù)約定時(shí)火力控制功能；（3）充電、LED燈照明、音樂(lè)MP3播放功能。節(jié)能環(huán)的作用是：①將燃?xì)庠畹幕鹧嫱鈬鸁崮軆?chǔ)存；②利用溫差發(fā)電技術(shù)將部分熱能轉(zhuǎn)變成電能，為燃?xì)庠钭陨砉╇姡⒖梢詾榧矣眯‰娖鞒潆?，多余電能通過(guò)蓄電池儲(chǔ)存。預(yù)約定時(shí)火力控制功能：利用多通道定時(shí)器、電磁閥分別定時(shí)控制燃?xì)庠罨鹆Υ笮?，到時(shí)自動(dòng)關(guān)閉燃?xì)庠睿黾尤細(xì)庠畹陌踩?。LED燈照明、MP3播放音樂(lè)增加操作者的舒適性及樂(lè)趣。
1.材料與方法
1.1一般資料
采用雙灶頭燃?xì)庠?，將一?cè)灶頭按照節(jié)能環(huán)保燃?xì)庠畹脑O(shè)計(jì)方案改造。節(jié)能環(huán)規(guī)格：315*315*40mm，形狀為內(nèi)圓外方。節(jié)能環(huán)的主要結(jié)構(gòu)：內(nèi)、外兩層不相通水箱中間夾有溫差發(fā)電片，溫差發(fā)電片兩側(cè)分別涂勻?qū)峁柚?。?jié)能環(huán)4面共用溫差發(fā)電片26片，溫差發(fā)電片采用串聯(lián)。半導(dǎo)體溫差發(fā)電片型號(hào)：SP1848-27145-SA。
1.2方法
節(jié)能環(huán)保燃?xì)庠畹脑O(shè)計(jì)：其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外部形態(tài)如圖1、圖2所示。燃?xì)庠钪饕稍铙w（1）、節(jié)能環(huán)（2）兩部分組成，節(jié)能環(huán)主要由內(nèi)水箱（3）、溫差發(fā)電片（4）及外水箱（5）組成，內(nèi)、外兩層水箱分別連接進(jìn)水管（11）、（13）及出水管（12）、（14）。內(nèi)、外水箱內(nèi)分別設(shè)有溫度傳感器（6）、（7），內(nèi)層水箱還設(shè)有通氣孔（19），內(nèi)層水箱（3）內(nèi)面設(shè)有灶具支架（18），使灶具（17）與內(nèi)層水箱（3）之間存在間隙，灶具與火焰接觸面更大，可以更好地吸收熱能。內(nèi)水箱（3）為熱水箱，外水箱（5）為冷水箱，內(nèi)、外水箱的溫差使溫差發(fā)電片產(chǎn)生電能，通過(guò)升壓、穩(wěn)壓控制電路板（9）為蓄電池（10）充電，然后通過(guò)負(fù)載開(kāi)關(guān)（8）控制LED燈（15）、音樂(lè)MP3（16）。燃?xì)庠钸€設(shè)有火力控制開(kāi)關(guān)（20）、定時(shí)開(kāi)關(guān)（21）。
圖1 多功能節(jié)能燃?xì)庠罱Y(jié)構(gòu)示意圖
圖2 燃?xì)庠罟?jié)能環(huán)上視圖
內(nèi)、外水箱由于存在溫度差不恒定，半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊產(chǎn)生的壓差也不穩(wěn)定，不能滿足蓄電池充電電路的要求。為此，首先須對(duì)電壓進(jìn)行穩(wěn)壓處理，然后用穩(wěn)定的電壓給蓄電池充電電路提供電能。下面具體分析溫差發(fā)電片為蓄電池充電、負(fù)載供電的工作原理。如圖3所示。
將相同的兩個(gè)灶具內(nèi)加入相同重量水2200mL，相同火力加熱1200s，關(guān)火繼續(xù)監(jiān)測(cè)1800s。間隔30s記錄兩灶具水溫、節(jié)能環(huán)內(nèi)、外水箱溫度、電流、電壓。并計(jì)算出3000s溫差發(fā)電總量。具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖4所示。
圖3 溫差發(fā)電片為蓄電池充電、負(fù)載供電框圖
圖4 普通燃?xì)庠钆c節(jié)能環(huán)保燃?xì)庠顚?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)平滑線散點(diǎn)圖
圖5
2.結(jié)果
普通燃?xì)庠罹邇?nèi)水溫總和：7319.5℃，節(jié)能環(huán)保燃?xì)庠罹邇?nèi)水溫總和：7592.9℃，二者總溫差：273.4℃。二者溫差270s達(dá)到最大20.3℃，630s～1200s二者溫度最高達(dá)到平衡。1200s關(guān)閉燃?xì)庠睿瑑稍罹邇?nèi)水溫開(kāi)始緩慢下降，3000s，二者溫差達(dá)3.2℃；節(jié)能環(huán)內(nèi)水箱溫度總和：7217.1℃；外水箱溫度總和：5044℃，二者溫差：2173.1℃；總電流：5.2021A，總電壓：64.6515V，發(fā)電總量：0.00003121kWh。后面溫差逐步減小，發(fā)電量較少，沒(méi)有繼續(xù)監(jiān)測(cè)。
3.討論
國(guó)際上，美、日兩國(guó)是目前對(duì)熱電材料與工程研究投入最多的國(guó)家之一。國(guó)內(nèi)對(duì)半導(dǎo)體致冷現(xiàn)象和應(yīng)用研究具有一定水平。溫差發(fā)電技術(shù)目前主要用于油田、野外、軍事等領(lǐng)域。該項(xiàng)目的另一市場(chǎng)化領(lǐng)域在于將發(fā)電裝置用于太陽(yáng)能、地?zé)?、工業(yè)廢能等的利用，使熱能直接轉(zhuǎn)化為電能。
熱電現(xiàn)象本身是可逆的，溫差發(fā)電和半導(dǎo)體致冷是熱電現(xiàn)象的兩個(gè)方面，互相可逆?？赏粋€(gè)PN結(jié)，若施加溫差則可用來(lái)發(fā)電，若對(duì)其通電，則可用于在一端致冷。半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊是根據(jù)塞貝克效應(yīng)制成的，即把兩種半導(dǎo)體的接合端置于高溫，處于低溫環(huán)境的另一端就可得到電動(dòng)勢(shì)：
式中：α為塞貝克系數(shù)，其單位為V/K.塞貝克系數(shù)α是由材料本身的電子能帶結(jié)構(gòu)決定的。半導(dǎo)體溫差發(fā)電片，是一種利用溫差直接將熱能轉(zhuǎn)化為電能的全固態(tài)能量轉(zhuǎn)化發(fā)電裝置，它無(wú)需化學(xué)反應(yīng)且無(wú)機(jī)械移動(dòng)部分，因而具有無(wú)噪音，無(wú)污染，無(wú)磨損，重量輕，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。隨著能源的短缺及人們不斷提高的環(huán)境保護(hù)意識(shí)，特別是全球氣候變暖問(wèn)題，半導(dǎo)體溫差發(fā)電技術(shù)以其各種優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越引起人們的關(guān)注。因此溫差發(fā)電技術(shù)具有很好的推廣和實(shí)用價(jià)值。
目前已有商品器件和設(shè)備出售，但對(duì)溫差發(fā)電方面研究相對(duì)落后，溫差發(fā)電技術(shù)在日常生活中應(yīng)用也相對(duì)較少。溫差發(fā)電技術(shù)應(yīng)用于燃?xì)庠畹膱?bào)道相對(duì)更少，現(xiàn)有的燃?xì)庠睿瑹崂寐瘦^低，造成熱能大量浪費(fèi)。燃?xì)庠罟δ軉我?，加熱時(shí)間及加熱模式不能很好地選擇，遇到煲湯或燉肉等加熱時(shí)間較長(zhǎng)模式時(shí)，就要不停進(jìn)出廚房關(guān)注燃?xì)庠?，?jīng)常出現(xiàn)忘記關(guān)閉燃?xì)庠铋_(kāi)關(guān)而造成糊鍋的現(xiàn)象，浪費(fèi)能源，有時(shí)甚至引發(fā)火災(zāi)。
本研究的目的在于發(fā)明一種節(jié)能、環(huán)保、安全的燃?xì)庠睿夭畎l(fā)電技術(shù)應(yīng)用于燃?xì)庠?。其核心技術(shù)：（1）將傳統(tǒng)燃?xì)庠钤罹咧Ъ苌?jí)改造為“節(jié)能環(huán)”；（2）預(yù)約定時(shí)火力控制功能；（3）增加充電、LED燈照明和音樂(lè)MP3播放等功能。節(jié)能環(huán)的主要結(jié)構(gòu)為：內(nèi)、外兩層不相通水箱中間夾有溫差發(fā)電片，其作用是：①內(nèi)水箱將燃?xì)庠罨鹧嫱鈬鸁崮軆?chǔ)存，并為溫差發(fā)電片提供熱源。水箱里的熱水達(dá)到100℃可以飲用，也可以與供暖設(shè)備、熱水器等設(shè)備連接。燃?xì)庠钔Ｖ辜訜?，水箱的熱能還可以反作用于灶具，起到文火加熱、食物保溫的效果，可大大節(jié)約燃料。②利用溫差發(fā)電技術(shù)將部分熱能轉(zhuǎn)變成電能，并通過(guò)蓄電池保存。預(yù)約定時(shí)火力控制功能：根據(jù)食材需要預(yù)設(shè)火力大小及時(shí)間。譬如，煲湯預(yù)計(jì)40min，可預(yù)約定時(shí)10min大火，30min小火，40min后自動(dòng)關(guān)閉燃?xì)庠?，既?jié)約燃料，解放勞動(dòng)力，又增加燃?xì)庠畹陌踩?。LED燈照明、MP3播放音樂(lè)增加操作者的舒適性及樂(lè)趣。下面通過(guò)一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明該燃?xì)庠畹墓?jié)能特性。普通燃?xì)庠罹邇?nèi)水溫總和：7319.5℃，節(jié)能環(huán)保燃?xì)庠罹邇?nèi)水溫總和：7592.9℃，二者總溫差：273.4℃，節(jié)能環(huán)保燃?xì)庠顭崂寐侍岣?%；二者溫差270s達(dá)到最大為20.3℃，630s～1200s二者溫度達(dá)到平衡，節(jié)能環(huán)保燃?xì)庠钣猩郎乜斓奶攸c(diǎn)；1200s后關(guān)閉燃?xì)庠?，兩灶具?nèi)水溫開(kāi)始緩慢下降，3000s，二者溫差達(dá)3.2℃，節(jié)能環(huán)保燃?xì)庠钣薪禍芈奶攸c(diǎn)；節(jié)能環(huán)內(nèi)水箱溫度總和：7217.1℃；外水箱溫度總和：5044℃，二者溫差：2173.1℃；總電流：5.2021A，總電壓：64.6515V，發(fā)電總量：0.00003121kWh。節(jié)能環(huán)保燃?xì)庠钶^普通燃?xì)庠罹哂猩郎乜?、降溫慢的特點(diǎn)，還具有熱能利用率高，節(jié)能、環(huán)保、安全等功能。
當(dāng)然該研究項(xiàng)目還有很多方面需要改進(jìn)：（1）如何使溫差發(fā)電模塊輸出穩(wěn)定的電壓、電流。由于溫度差不穩(wěn)定，半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊產(chǎn)生的壓差也不穩(wěn)定，不能滿足蓄電池充電電路的要求。（2）溫差發(fā)電模塊的材料還需要進(jìn)一步完善，使其耐受溫差更大、性能更穩(wěn)定。（3）溫差發(fā)電片實(shí)際發(fā)電量較標(biāo)準(zhǔn)發(fā)電量相差較大，實(shí)驗(yàn)方法、步驟還有待進(jìn)一步完善。這些不足都是今后不斷研究、改進(jìn)的方向。
隨著保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源的呼聲越來(lái)越高，利用溫差發(fā)電將會(huì)是未來(lái)發(fā)展的一個(gè)方向，從小型器件到大型電站，將越來(lái)越多地把實(shí)驗(yàn)室理論應(yīng)用到實(shí)踐中去。溫差發(fā)電技術(shù)還可以應(yīng)用其他行業(yè)，像酒店、供暖公司的爐灶、鍋爐等都可以應(yīng)用到這項(xiàng)技術(shù)。
[1]何元金，陳宏，陳默軒.溫差發(fā)電—一種新型綠色的能源技術(shù)[J].工科物理，2000（2）：36-41.
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