一种充分利用热能的温差发电燃气灶*

李雪晴　徐婉昕　朱巧珍　黄 齐　李 希　胡安正

(湖北文理学院 物理与电子信息学院　湖北 襄阳　441053)



一种充分利用热能的温差发电燃气灶*

李雪晴徐婉昕朱巧珍黄 齐李 希胡安正

(湖北文理学院 物理与电子信息学院湖北 襄阳441053)

摘 要：现今，能源危机和环境污染的问题日益严重，节能环保成为人们关注的话题．本文介绍的温差发电是一种绿色环保发电方式，它可以合理利用太阳能、地热能、海洋热能、工业余热等低品位能源转化为电能．所提出的方案主要是通过利用两种不同类型的热电转换材料两端产生温差进而形成电势差的物理原理研发出一种充分利用热能的温差发电燃气灶，不仅提高了原燃气灶对燃气的利用率，而且还能将燃气余热转化为电能．

关键词：温差发电热电转换材料电势差 燃气灶 利用率

目前，地球资源匮乏，能源短缺，而生活中很多能源都被浪费了，很多人都在努力提高能源利用率，然而效果并不明显，如燃气热．我国燃气需求量很大[1]，很多燃气灶生产厂家都在努力改造燃气灶的结构形式来提高热效率，但是效果却不是很理想．国家发改委2004年发布的《节能中长期专项规划》中提出，到2010年，家用燃气灶热效率需达到60%～65%．但是，国家燃气用具质量监督检验中心的检测结果显示，目前我国台式燃气灶的热效率普遍为55%～58%，至于嵌入式燃气灶的热效率普遍都在52%～55%，热效率超过60%的燃气灶具比例不到1%．因此我们认为是否可以研制一种装置，既能提高燃气灶对燃气的利用率，又能将燃气余热转化成电能加以利用．本文提出的一种充分利用热能的温差发电燃气灶很好的解决了这一问题．

1温差发电技术

温差发电技术是将两种不同的热电材料连接起来利用塞贝克效应[2]将热能转化为电能的技术[3]，只要有温差存在就能持续不断地产生电能．根据热电转换材料和导热性能的不同可以适应于不同的温度和温差环境，由于半导体材料的热点优值比普通金属的要大，所以通常采用半导体材料作为热电材料来提高温差发电的效率．同时，半导体温差发电[4]具有体积小、重量轻、无噪声、无污染、性能稳定、使用寿命长、无介质泄漏等特点．

2燃气灶总体构架

该装置主要由内侧高温端中空装置、外侧低温端中空装置、温差发电片、稳压模块组成，内侧高温端中空装置内填充耐高温液体以形成高温面，外侧低温端中空装置内填充传热性能差且沸点较低的液体以形成低温面，温差发电片贴合在高低温面之间，最终通过稳压模块来达到输出稳定电压的目的，利用这种环形结构来提高燃气的利用率．内外中空装置上的通气小孔可以散发液体蒸汽，避免安全事故的发生．设计思路框图如图1所示．

图1　装置设计思路

3燃气灶电路连接

该燃气灶的发电实物及效果如图2所示.

①温差发电片；②内侧高温端中空装置；③外侧低温端中空装置；

4燃气灶的实验数据及效果分析

4.1实验数据

表1

4.2功能特点及效果分析

将温差发电片置于内外中空装置之间，内侧高温端中空装置可装沸点在100 ℃到300 ℃之间的液体，外侧低温端中空装置可以装水．加热约两分钟后，内层液体达到沸点，而外层液体温度基本不变，此时温差基本稳定，输出的电压基本稳定．

该装置一圈可放20~25片温差发电片，每片温差发电片的输出功率可达2W，一个装置便可输出40~50W的功率，输出的电压经过稳压模块稳定后，可为部分家电供电．

5燃气灶的创新点

(1)本装置利用温差发电的物理原理，实现热能向电能的转化，既极大提高了燃气热能的利用率，又节能环保[5]；

(2)利用液体沸点不变的物理原理，确保发电片冷热端有稳定的温差，达到持续稳定发电的目的；

(3)这种组装方便、环围在燃气火苗周围的不锈钢容器，既能大大提高燃气火苗的利用效率，又能够使热端快速吸热，提高发电速度和效率，发电效果明显．

6结束语

本文提出的这种温差发电装置具有无污染、寿命长、无噪声等特点，符合当代节能环保的主题，同时，该装置特殊的环形结构的设计也进一步提高了燃气的利用率．此外，温差发电技术还可以利用不同等级和形式的热能，灵活应用于生活、工业等涉及热能转化的领域．因此，温差发电将会充分应用于我们的生活当中，让我们的未来变得更加美好．

参 考 文 献

1刘勇,赵忠德,李广,王占黎,杨义,张高杰.我国城市燃气行业天然气利用现状与展望.国际石油经济，2014,22(9):79～91

2肖哲鹏,武文革,冯霞.余热利用温差发电器件设计与制作.机械设计与制造，2014,10(10):259～261

3陈国庆,宁铎,梁栋平,文婷.半导体温差发电实验仪器的研制.电子器件，2014,37(2)：275～278

4王长宏,林涛,曾志环.半导体温差发电过程的模型分析与数据仿真.物理学报，2014,63(19):197～201

5胡伟平,刘伟军,徐承隆.汽车尾气温差发电器换热通道强化换热性能的数值模拟.西南师范大学学报(自然科学版)，2014(04):156～161

(收稿日期：2015-12-08)

*湖北文理学院大学生创新创业项目资助，编号：201510519013, 201510519084

指导教师：胡安正(1965-)，男，博士，教授，主要从事电子信息科学与技术教学和电子信息工程方面的研究.