一種充分利用熱能的溫差發電燃氣灶*

李雪晴　徐婉昕　朱巧珍　黃 齊　李 希　胡安正

(湖北文理學院 物理與電子信息學院　湖北 襄陽　441053)

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一種充分利用熱能的溫差發電燃氣灶*

李雪晴徐婉昕朱巧珍黃 齊李 希胡安正

(湖北文理學院 物理與電子信息學院湖北 襄陽441053)

摘 要：現今，能源危機和環境污染的問題日益嚴重，節能環保成為人們關注的話題．本文介紹的溫差發電是一種綠色環保發電方式，它可以合理利用太陽能、地熱能、海洋熱能、工業余熱等低品位能源轉化為電能．所提出的方案主要是通過利用兩種不同類型的熱電轉換材料兩端產生溫差進而形成電勢差的物理原理研發出一種充分利用熱能的溫差發電燃氣灶，不僅提高了原燃氣灶對燃氣的利用率，而且還能將燃氣余熱轉化為電能．

關鍵詞：溫差發電熱電轉換材料電勢差 燃氣灶 利用率

目前，地球資源匱乏，能源短缺，而生活中很多能源都被浪費了，很多人都在努力提高能源利用率，然而效果并不明顯，如燃氣熱．我國燃氣需求量很大[1]，很多燃氣灶生產廠家都在努力改造燃氣灶的結構形式來提高熱效率，但是效果卻不是很理想．國家發改委2004年發布的《節能中長期專項規劃》中提出，到2010年，家用燃氣灶熱效率需達到60%～65%．但是，國家燃氣用具質量監督檢驗中心的檢測結果顯示，目前我國臺式燃氣灶的熱效率普遍為55%～58%，至于嵌入式燃氣灶的熱效率普遍都在52%～55%，熱效率超過60%的燃氣灶具比例不到1%．因此我們認為是否可以研制一種裝置，既能提高燃氣灶對燃氣的利用率，又能將燃氣余熱轉化成電能加以利用．本文提出的一種充分利用熱能的溫差發電燃氣灶很好的解決了這一問題．

1溫差發電技術

溫差發電技術是將兩種不同的熱電材料連接起來利用塞貝克效應[2]將熱能轉化為電能的技術[3]，只要有溫差存在就能持續不斷地產生電能．根據熱電轉換材料和導熱性能的不同可以適應于不同的溫度和溫差環境，由于半導體材料的熱點優值比普通金屬的要大，所以通常采用半導體材料作為熱電材料來提高溫差發電的效率．同時，半導體溫差發電[4]具有體積小、重量輕、無噪聲、無污染、性能穩定、使用壽命長、無介質泄漏等特點．

2燃氣灶總體構架

該裝置主要由內側高溫端中空裝置、外側低溫端中空裝置、溫差發電片、穩壓模塊組成，內側高溫端中空裝置內填充耐高溫液體以形成高溫面，外側低溫端中空裝置內填充傳熱性能差且沸點較低的液體以形成低溫面，溫差發電片貼合在高低溫面之間，最終通過穩壓模塊來達到輸出穩定電壓的目的，利用這種環形結構來提高燃氣的利用率．內外中空裝置上的通氣小孔可以散發液體蒸汽，避免安全事故的發生．設計思路框圖如圖1所示．

圖1　裝置設計思路

3燃氣灶電路連接

該燃氣灶的發電實物及效果如圖2所示.

①溫差發電片；②內側高溫端中空裝置；③外側低溫端中空裝置；

4燃氣灶的實驗數據及效果分析

4.1實驗數據

表1

4.2功能特點及效果分析

將溫差發電片置于內外中空裝置之間，內側高溫端中空裝置可裝沸點在100 ℃到300 ℃之間的液體，外側低溫端中空裝置可以裝水．加熱約兩分鐘后，內層液體達到沸點，而外層液體溫度基本不變，此時溫差基本穩定，輸出的電壓基本穩定．

該裝置一圈可放20~25片溫差發電片，每片溫差發電片的輸出功率可達2W，一個裝置便可輸出40~50W的功率，輸出的電壓經過穩壓模塊穩定后，可為部分家電供電．

5燃氣灶的創新點

(1)本裝置利用溫差發電的物理原理，實現熱能向電能的轉化，既極大提高了燃氣熱能的利用率，又節能環保[5]；

(2)利用液體沸點不變的物理原理，確保發電片冷熱端有穩定的溫差，達到持續穩定發電的目的；

(3)這種組裝方便、環圍在燃氣火苗周圍的不銹鋼容器，既能大大提高燃氣火苗的利用效率，又能夠使熱端快速吸熱，提高發電速度和效率，發電效果明顯．

6結束語

本文提出的這種溫差發電裝置具有無污染、壽命長、無噪聲等特點，符合當代節能環保的主題，同時，該裝置特殊的環形結構的設計也進一步提高了燃氣的利用率．此外，溫差發電技術還可以利用不同等級和形式的熱能，靈活應用于生活、工業等涉及熱能轉化的領域．因此，溫差發電將會充分應用于我們的生活當中，讓我們的未來變得更加美好．

參 考 文 獻

1劉勇,趙忠德,李廣,王占黎,楊義,張高杰.我國城市燃氣行業天然氣利用現狀與展望.國際石油經濟，2014,22(9):79～91

2肖哲鵬,武文革,馮霞.余熱利用溫差發電器件設計與制作.機械設計與制造，2014,10(10):259～261

3陳國慶,寧鐸,梁棟平,文婷.半導體溫差發電實驗儀器的研制.電子器件，2014,37(2)：275～278

4王長宏,林濤,曾志環.半導體溫差發電過程的模型分析與數據仿真.物理學報，2014,63(19):197～201

5胡偉平,劉偉軍,徐承隆.汽車尾氣溫差發電器換熱通道強化換熱性能的數值模擬.西南師范大學學報(自然科學版)，2014(04):156～161

(收稿日期：2015-12-08)

*湖北文理學院大學生創新創業項目資助，編號：201510519013, 201510519084

指導教師：胡安正(1965-)，男，博士，教授，主要從事電子信息科學與技術教學和電子信息工程方面的研究.