汽车尾气余热温差发电研究进展

杨红艳　周东一　彭浩

摘 要：本文从五种温差发电基本效应理论基础出发分析发电原理，并基于此原理阐述在现如今其在温差发电领域的发展及应用，同时指出为以后对汽车尾气余热温差发电进行系统研究，提供一定的理论基础。

关键词：温差发电；汽车尾气；基本效应

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.124

0 引言

随着汽车产业的发展，汽车消耗能量也逐步地增加，因此对于车辆的能源进行节约显得尤为重要，所以利用发动机的余热发电成为了大家所公认的一个对于节能的一个行之有效地途径[1]。现如今，汽车的作为动力只占消耗能量的40%[2]左右，剩下的60%的能量没有被充分利用，而在这部分能量中，被发动机废气排放所带走的能量却为30%-45%[3]，这些能量大部分通过热量散发出去，造成了严重的空气污染。另外，汽车发动机的排气压力大，温度高，排气温度可达800℃左右。如果将这些余热用来进行温差发电，不仅可以节约能源，还会因为利用热量进行温差发电，提高燃机热效率和在一定程度上减低汽车的噪声震动。所以，通过汽车的余热发电这项技术显得尤为重要。

1 温差发电理论基础

塞贝克效应、珀尔帖效应、汤姆逊效应、焦耳效应和傅立叶效应称为温差发电的五种基本效应，其中塞贝克效应、珀尔帖效应、汤姆逊效应中电和热的转化是可逆的，而焦耳效应和傅立叶效应是不可逆的。这五种效应构成了温差发电研究的理论基础，下面依次进行介绍。

1.1 塞贝克效应

塞贝克效应，又被人称为热电的第一效应，作为发现者的塞贝克认为，所谓的塞贝克效应就是因为接触材料的温度不同，存在了相应地温度差，这就使得接触材料所形成的回路存在了一定量的电动势，这种电动势也被塞贝克叫做温差电动势。这种效应经常被作为温差发电理论基础被学者广泛使用。

1.2 珀尔帖效应

珀尔帖效应，常常又叫做热电的第二效应，法国珀尔帖认为，假如两种不同材料的金属所形成的闭合回路中存在了直流电流的话，它们的接触处就会相应地产生放热和吸热地现象。同时珀尔帖经过实验分析发现，接触处地热量在很大程度上与电流的强度成正比。通过比较塞贝克效应和珀尔帖效应可知，珀尔帖效应是塞贝克效应的逆过程，塞贝克效应应用于温差发电，珀尔帖效应应用于温差制冷。

1.3 汤姆逊效应

汤姆逊效应，同样地也常常被人称为第三效应，英国科学家汤姆逊认为，如果接触的材料存在的一定的温度梯度的时候，导体会相应地放出和吸收热量，同样在其冷热的过度区间就会产生相应地电动势，这种现象经常被研究者称为汤姆逊效应。随着后人对该效应地研究，人们发现，在一定长度上所吸收和放出的热量与在该封闭回路上所通过的电流与温度的乘积成正比。同时为了辨别何时为吸热，何时为放热，常将温度梯度的变化方向和电流走向作为参考，如若一致，则定义为吸热，反之，则为放热。

1.4 焦耳效应

焦耳效应定义为单位时间内由稳定电流产生的热量等于导体电阻和电流平方的乘积。

1.5 傅立叶效应

傅立叶效应定义为单位时间里沿均匀介质某一方向传导的热量正比于垂直这个方向的面积和该方向上温度梯度的乘积。

2 温差发电的发展及应用

温差电从发现到现在已有100余年的历史，但是由于金属之间的温差发电效应比较微弱难以扑捉，所以对于其在实际生活中却很难应用。但是随着研究的不断深入，对于温差发电这一技术也随着人们对金属替代物——半导体和金属性地氧化物的发现被广泛地应用。这种广泛性最大程度表现在军工行业以及航天航空行业。但是在民用方面，其显著地优势也逐渐被应对于缓解能源危机和空气污染。

3 现如今存在的主要问题

尽管随着人们对于温差发电的研究不断取得进展，但是如果要实现温差发电的技术在实际生活中取得广而有效地成绩，却还有许多问题急需解决，它主要表现在以下的几个方面：

（1）发电的效率不高。根据现在研究学者们的研究成果来看，利用温差发电技术所设置地温差发电装置效率仅仅为5%-7%，这种问题的主要原因就是，对于温差发电的装置还需要很大地优化和改进。

（2）材料散热的情况。对于温差发电来说，它的基础原理就是通过温度差从而造就电动势，所以这就会出现冷热两端散热不均匀性，使得两端地温度差降低的很快，在一定程度减低了发电量。

（3）可靠性。这种情况也是很多机械装置存在的，由于受热不均和机械震动造就了应力。此外，还有受如高温、湿气、油污灰尘等环境因素的影响。

参考文献：

[1]张征.温差发电技术及其在汽车发动机排气余热利用中的应用[J].能源技术，2004，25（03）：120-123.

[2]刘忠宝，王浚.发动机排气取热换热器动态特性分析[J].辽宁工程技术大学学报，2003（05）：559-661.

[3]董桂田.汽车发动机排气废热的温差发电.北京节能，1997（04）：7-9.

作者简介：杨红艳（1987-）， 女，河南开封人，在读研究生，研究方向：小型风冷柴油机。