日本東芝公司開發(fā)溫差發(fā)電設備

     日本東芝公司最近公布，該公司已開發(fā)出一種利用溫差發(fā)電的設備。這種設備可將排放到大氣中的汽車尾氣、工廠排出的熱氣等進行再利用。東芝計劃從２００５年起批量生產這種設備。
　　據本地媒體報道，這種設備的形狀為邊長為４厘米的板狀正方形。其工作方式是其中一個面受熱，另一面采用汽車運動中的風來冷卻，使發(fā)電組件兩面間 存在溫差，通過內置的半導體進行發(fā)電。目前市場上銷售的其它公司生產的同類產品的耐熱性僅為200度，東芝的這種新產品則能承受汽車引擎排出的３００度以上的熱氣，并由此轉化為可供車內使用的電力，實現廢氣再利用。

使用普通燃料或利用余熱熱源來發(fā)電：
       使用普通化石燃料作熱源以形成溫差發(fā)電器的實用系統(tǒng)，首推美國專為野外使用而生產的軍用電源。它們以各類軍隊常用的燃油燃燒產生的熱量為熱源轉換為供給戰(zhàn)場，尤其是前沿陣地各種電器設備的電能。由于在這些環(huán)境中低噪聲、能快速啟動、能長期連續(xù)工作、易攜帶、維護方便、后勤保障便利等，是使用方首要的考慮，在這些方面，溫差電轉換發(fā)電器大大優(yōu)于常用的內燃式驅動發(fā)電機和化學蓄電池。1988年美國生產了一種外型41.2cmX42.2cmX27.3cm的燃燒式溫差發(fā)電器。該設備的發(fā)電元件由120對熱電偶組成,可使用多種軍用燃油,一次裝載后能連續(xù)工作12小時,產生13.1V直流電壓,向負載提供120W的電功率。
       隨著環(huán)保意識的加強，以及對傳統(tǒng)能源未來中間匱缺的擔心，充分利用余熱發(fā)電的技術手段日益受到關注。2003年黎巴嫩大學的學者將溫差電發(fā)電器的熱端與該國的一種做飯用的火爐外壁連接，冷端置于空氣中，利用爐壁的高溫與環(huán)境的溫差來發(fā)電。其實驗中所使用的溫差電元件即產自中國，因為中國的元件性價比最高，該設備實驗中單片元件可產生4W的電功率。中國目前已成為世界上最大的溫差電元件生產出口國，這為我國未來溫差電的廣泛應用打下了堅實的基礎。

       我們只是拋磚引玉，為大家進一步開發(fā)出更多更好的溫差發(fā)電器，提供參考。

注意：

1、              發(fā)電組件的兩面達到溫差60度時，電壓3.5伏，電流3安。若溫差在0—60度之間，電壓在0—3.5V之間變化，電流在0—3A之間變化。

2、              安裝時發(fā)電組件兩面都要加上金屬散熱片，能保證組件的熱面均勻受熱，冷面要有很好的散熱條件，如：風冷、水冷等方式。

3、              使用時，熱面溫度不能超過200度。

大家看下面的裝置，蠟燭也可以發(fā)電。

       溫差發(fā)電原理是建立在帕爾貼效應的基礎上實現的，即當電流流經兩種不同材料的導體形成的接點時，接點處會產生放熱和吸熱(制冷)現象。放熱或吸熱依電流方向不同而改變，放熱或吸熱量大小則由電流大小來決定。溫差發(fā)電應用的是逆效應，當這種溫差發(fā)電組件的兩面有足夠量的溫差時(現在一面是 燭火的熱量，另一面是傳熱很好的散熱器即上方那塊鋁型材)，就會產生一定量的直流電，發(fā)出的直流電的大小與兩面溫差的大小有關，當然與溫差發(fā)電組件的規(guī)格也非常有關。雖然發(fā)出的電量很有限，但如果設計合理，是可以利用發(fā)出的電量同時給手機、GPS等用電設備充電、LED照明、聽收音機、或遇險時發(fā)出聲光求救信號的。
　

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溫差電池 　　溫差電池簡介 　 　　-------------------------------------------------------------------------------- 　 　　1821年，賽貝克發(fā)現，把兩種不同的金屬導體接成閉合電路時，如果把它的兩個接點分別置于溫度不同的兩個環(huán)境中，則電路中就會有電流產生。這一現象稱為塞貝克(Seebeck)效應，這樣的電路叫做溫差電偶，這種情況下產生電流的電動勢叫做溫差電動勢。例如，鐵與銅的冷接頭為1℃，熱接頭處為100℃，則有5.2mV的溫差電動勢產生。 　 　　溫差電池就是利用溫度差異，使熱能直接轉化為電能的裝置。溫差電池的材料一般有金屬和半導體兩種。用金屬制成的電池賽貝克效應較小，常用于測量溫度、輻射強度等。這種電池一般把若干個溫差電偶串聯起來，把其中一頭暴露于熱源，另一個接點固定在一個特定溫度環(huán)境中，這樣產生的電動勢等于各個電偶之和。再根據測量的電動勢換算成溫度或強度。例如，我們在日常生活中常用它來測量冶煉及熱處理爐的高溫。 　 　　用半導體制成的溫差電池賽貝克效應較強，熱能轉化為電能的效率也較高，因此，可將多個這樣的電池組成溫差電堆，作為小功率電源。它的工作原理是，將兩種不同類型的熱電轉換材料N型和P型半導體的一端結合并將其置于高溫狀態(tài)，另一端開路并給以低溫時，由于高溫端的熱激發(fā)作用較強，空穴和電子濃度也比低溫端高，在這種載流子濃度梯度的驅動下，空穴和電子向低溫端擴散，從而在低溫開路端形成電勢差;如果將許多對P型和N型熱電轉換材料連接起來組成模塊，就可得到足夠高的電壓,形成一個溫差發(fā)電機。 　 　　溫差電技術研究始于20世紀40年代，于20世紀60年代達到高峰，并成功地在航天器上實現了長時發(fā)電。當時美國能源部的空間與防御動力系統(tǒng)辦公室給出鑒定稱，“溫差發(fā)電已被證明為性能可靠，維修少，可在極端惡劣環(huán)境下長時間工作的動力技術”。近幾年來，溫差發(fā)電機不僅在軍事和高科技方面，而且在民用方面也表現出了良好的應用前景。 　 　　在遠程空間探索方面，人們從上個世紀中葉以來不斷將目標投向更遠的星球，甚至是太陽系以外的遠程空間，這些環(huán)境中太陽能電池很難發(fā)揮作用，而熱源穩(wěn)定，結構緊湊，性能可靠，壽命長的放射性同位素溫差發(fā)電系統(tǒng)則成為理想的選擇。因為一枚硬幣大小的放射性同位素熱源，就能提供長達20年以上的連續(xù)不斷的電能，從而大大減輕了航天器的負載，這項技術已先后在阿波羅登月艙、先鋒者、海盜、旅行者、伽利略和尤利西斯號宇宙飛船上得到使用。 　 　　此外，據德國《科學畫報》雜志報道，來自德國慕尼黑的一家芯片研發(fā)企業(yè)研究出的這種新型電池，主要由一個可感應溫差的硅芯片構成。當這種特殊的硅芯片正面“感受”到的溫度較之背面溫度具有一定溫差時，其內部電子就會產生定向流動，從而產生微電流。負責研發(fā)這種電池的科學家溫納·韋伯介紹說，“只要在人體皮膚與衣服等之間有5℃的溫差，就可以利用這種電池為一塊普通的腕表提供足夠的能量”。 　 　　雖然溫差發(fā)電已有諸多應用,但長久以來受熱電轉換效率和較大成本的限制,溫差電技術向工業(yè)和民用產業(yè)的普及受到很大制約。雖然最近幾年隨著能源與環(huán)境危機的日漸突出，以及一批高性能熱電轉換材料的開發(fā)成功，溫差電技術的研究又重新成為熱點，但突破的希望還是在于轉換效率的穩(wěn)定提高?？梢栽O想一下，在溫差電池技術成熟以后，我們的手機、筆記本電腦電池就可以利用身體與外界的溫度差發(fā)電，而大大延長其使用時間。 　 　　塞貝克效應 　 　　塞貝克（Seeback）效應，又稱作第一熱電效應，它是指由于溫差而產生的熱電現象。 　 　　在兩種金屬A和B組成的回路中，如果使兩個接觸點的溫度不同，則在回路中將出現電流，稱為熱電流。 　 　　塞貝克效應的實質在于兩種金屬接觸時會產生接觸電勢差，該電勢差取決于金屬的電子逸出功和有效電子密度這兩個基本因素。 　 　　半導體的溫差電動勢較大，可用作溫差發(fā)電器。 　 　　原理 　 　　由于不同的金屬材料所具有的自由電子密度不同，當兩種不同的金屬導體接觸時，在接觸面上就會發(fā)生電子擴散。電子的擴散速率與兩導體的電子密度有關并和接觸區(qū)的溫度成正比。 　 　　設導體A和B的自由電子密度為NA和NB，且有NA＞NB，電子擴散的結果使導體A失去電子而帶正電，導體B則因獲得電子而帶負電，在接觸面形成電場。這個電場阻礙了電子繼續(xù)擴散，達到動態(tài)平衡時，在接觸區(qū)形成一個穩(wěn)定的電位差，即接觸電勢。