溫差發(fā)電的發(fā)展與應(yīng)用

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1、----------專業(yè)最好文檔，專業(yè)為你服務(wù)，急你所急，供你所需-------------文檔下載最佳的地方溫差發(fā)電的發(fā)展與應(yīng)用摘要：綜述了溫差發(fā)是的基本原理、溫差發(fā)電技術(shù)的研究歷程和取得的成績以及溫差發(fā)電的展望，著生探討了目前溫差發(fā)電技術(shù)存在的問題和提高發(fā)電效率的各種途徑和措施。關(guān)鍵詞：溫差發(fā)電；溫差發(fā)電材料；余熱利用；前景展望DevelopmentandapplicationofthermalenergyAbstract:Thethermoelectricgeneratorisabasicprinc

2、iple,thetemperaturedifferencepowergenerationtechnologyresearchhistoryandachievementsaswellasthermalenergyoutlook,thehealthofthecurrentthermalenergytechnologyproblemsandimprovepowergenerationefficiencyofthevariousapproachesandmeasures.Keywords:thermalenerg

3、y;thermalenergymaterials;wasteheatrecovery;outlook1溫差發(fā)電的基本原理溫差電效應(yīng)是德國科學(xué)家塞貝克于1821年首先發(fā)現(xiàn)的，人們稱之為塞貝克(Seebeck)效應(yīng)，即兩種不同的金屬構(gòu)成閉合回路，當(dāng)兩個接頭存在溫差時，回路中將產(chǎn)生電流，這一效應(yīng)為溫差發(fā)電技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。如圖1所示，A、B兩種不同導(dǎo)體構(gòu)成的回路，如果兩個結(jié)點所處的溫度不同(T1和T2不等)，回路中就會有電動勢存在，這便是溫差發(fā)電技術(shù)的理論基礎(chǔ)。當(dāng)結(jié)點間的溫度差在一定范圍內(nèi)，存在如下關(guān)系：式中：-

4、-回路產(chǎn)生的電勢；--所用兩種導(dǎo)體材料的相對塞貝克系數(shù)。2溫差發(fā)電的研究進展當(dāng)前溫差發(fā)電技術(shù)的研究主要集中在三個方面，提高溫差發(fā)電器件的效率、----------專業(yè)最好文檔，專業(yè)為你服務(wù)，急你所急，供你所需-------------文檔下載最佳的地方----------專業(yè)最好文檔，專業(yè)為你服務(wù)，急你所急，供你所需-------------文檔下載最佳的地方降低成本和擴大應(yīng)用范圍。研究表明，溫差發(fā)電系統(tǒng)的溫差越大、熱源溫度越高、材料優(yōu)值越高，發(fā)電的效率就越高。因此，提高溫差發(fā)電器性能的主要方向是開發(fā)高優(yōu)

5、值的熱電材料和高效的轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)。目前，低效率是限制溫差發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的最主要原因。通過對熱電轉(zhuǎn)換材料的深入研究和開發(fā)提高熱電轉(zhuǎn)換效率是溫差發(fā)電技術(shù)研究的核心內(nèi)容。用于溫差發(fā)電的熱電材料主要是半導(dǎo)體材料，如用于低溫(3000C以下)的Bi2Te3及其固溶體合金、中溫(300～6000C)的PbTe2SnTe和高溫(600～10000C)熱電材料SiGe、MnTe、SiRe2、CeS等。衡量熱電材料優(yōu)劣的指標(biāo)為“優(yōu)值”ZT。要在效率和產(chǎn)業(yè)化方面實現(xiàn)有效競爭，應(yīng)該保證室溫(300K)下的熱電材料的ZT>3。熱

6、電轉(zhuǎn)換材料領(lǐng)域現(xiàn)已取得重要的進展，包括絕緣層和導(dǎo)電層交叉分層、特定層的電荷與自旋態(tài)的優(yōu)化設(shè)計和結(jié)構(gòu)鈉米化等，現(xiàn)在已經(jīng)把熱電材料的ZT提高到接近3。在現(xiàn)有材料的條件下開發(fā)高效溫差發(fā)電器也是研究的主攻方向。在這方面融合了許多先進設(shè)合了許多先進設(shè)計方法和多學(xué)科的理論。熱電偶的優(yōu)值除與電極材料有關(guān)，也與電極的截面和長度有關(guān)，不同電阻率和導(dǎo)熱率的電極應(yīng)有不同的幾何尺寸，只有符合最優(yōu)尺寸才能獲得最佳的器件優(yōu)值。同時，設(shè)計中還要對溫差發(fā)電器的負載等性能以及結(jié)構(gòu)進行綜合考慮，采用優(yōu)化、仿真和CAD等方法進行優(yōu)化設(shè)計。另外

7、，溫差發(fā)電器在設(shè)計中，需要根據(jù)熱、冷源的形式，研究它的傳熱方式、接觸熱阻、散熱形式，幾何形狀及強化方法等問題。這方面的研究已經(jīng)成為溫差發(fā)電器設(shè)計的基礎(chǔ)。2.1國外研究進展自1821年Seebeck發(fā)現(xiàn)塞貝克效應(yīng)以來，國外對溫差發(fā)電進行了大量的研究，1947年，第一臺溫差發(fā)電器問世，效率僅為1.5％。1953年，Loffe院士研究小組成功研制出利用煤油燈、拖拉機熱量作熱源的溫差發(fā)電裝置，在用電困難地區(qū)作小功率電源之用。到2O世紀60年代末，前蘇聯(lián)先后制造了1000多個放射性同位素溫差發(fā)電器(RTG)，廣泛用

8、于衛(wèi)星電源、燈塔和導(dǎo)航標(biāo)識，其平均使用壽命超過10年，可穩(wěn)定提供7～30V，80W的功率。美國也不甘落后，其開發(fā)的RTG輸出功率為2.7～3o0W，最長工作時間已超3O年。1961年6月美國SNAP一3A能源系統(tǒng)投入使用，輸出功率為2.7W，發(fā)電效率5.1％。1977年發(fā)射的木星、土星探測器上使用的RTG，輸出功率已達到155W。20世紀80年代初，美同又完成500～1000W軍用溫差發(fā)電機的研制，并于8O年代末正式進入部隊裝