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温差发电器的工作原理

时间:2018-03-06 15:18来源:未知 作者:admin 点击:
温差电材料原则上可用通常的单晶体生长工艺来制备。但单晶体工艺需要精密的设备,操作复杂,成本较高。在实践中温差电材料往往采用多晶或定向多晶材料。通常,制备温差电材料的方法是粉末冶金法以及区域熔炼法。

温差发电器,是一种静态的固体器件,没有转动部件,体积小、寿命长,工作时无噪声,而且无须维护,温差发电器具备寿命很长,应用环境和使用热源不受限制,特别是它可以利用所谓低级热发电-如工业废热、垃圾燃烧热、汽车排气管的余热以及太阳热、地热、海洋热能等,一直吸引着人们的青睐。

         

    由于半导体的温差电动势较大因此大都用它来制作温差发电器,它是一种新型的电子器件,无噪音、无污染、能量可高效转换的特点,预示着一场制冷技术革命的开始,温差发电,因为在我们的周围有着太多的"余热"可以利用,废汽热、废水热、废火热、太阳热等等;在能源日益紧张的今天,我们温差发电的愿望更加强烈。它的出现使任意相态的物质、任意局部环境的温度的智能化、数字化、程序化控制,成为可能。想冷,即冷;想热,即热。温度的控制,对于我们随心所欲。

    温差发电器是利用塞贝克效应,将热能直接转换成电能的一种发电器件。将一个p型温差电元件和一个n型温差电元件在热端用金属导体电极连接起来,在其冷端分别连接冷端电极,就构成一个温差电单体或单偶。在温差电单体开路端接入电阻为RL的外负载,如果温差电单体的热面输入热流,在温差电单体热端和冷端之间建立了温差,则将会有电流流经电路,负载上将得到电功率I2RL,因而得到了将热能直接转换为电能的发电器。

         

当发电器工作时,为保持热接头和冷接头之间有一定的温度差,应不断地对热接头供热,而从冷接头不断排热。热接头所供给的部分热量被作为珀尔帖热吸收了,另一部分则通过热传导传向冷接头。排出的热量应为冷接头放出的珀尔帖热和从热接头传导来的热量之和。对于上述接头的热平衡,还应加上汤姆逊热和被导体释放的焦耳热。设在系统中所产生的焦耳热I2Ri中有一半传到热端,另一半由冷端放出,热源所消耗的热量是珀尔帖热Ph、由于热传递迁移到冷端的热PT和交还给热源的焦耳热 三部分组成, 即为温差电单体的热电转换效率是有用功率与热源所消耗的热量之比。要想得到优值高的温差电材料,只有提高其塞贝克系数和电导率,降低其热导率。但是塞贝克系数、电导率和热导率都在不同程度上依赖于载流子浓度和迁移率,互相是关联的。


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