温差发电技术及其一些应用
温差发电专利技术分析及发展预测
温差发电专利技术分析及发展预测温差发电技术是一种利用温度差异产生电能的技术。
它基于热流动原理，通过热源和冷源之间的温差来产生能量，从而驱动发电机发电。
温差发电技术具有以下优点：高效性、环保性、可持续性和低成本等。
因此，它被认为是一种具有广泛应用前景的发电技术。
目前，温差发电技术主要有以下几种形式：1.热电效应温差发电技术：该技术基于热电转换原理，利用材料的热电效应来产生电能。
常见的材料包括热电材料和热电半导体材料。
该技术的发电效率较高，可用于工业废热回收和太阳能热发电等领域。
2.熔盐温差发电技术：该技术利用熔盐中的热能差异产生电能。
熔盐具有良好的热导性和热稳定性，可用于储能和发电。
该技术可应用于太阳能热发电和核能电站等领域。
3.混合工质温差发电技术：该技术将两种具有不同蒸汽压力的工质进行混合，利用温差将工质的热能转化为机械能，进而驱动发电机发电。
该技术在地热能利用和生物质发电领域有广泛应用。
温差发电技术的发展预测如下：1.技术升级：随着科学技术的不断发展，新材料和新技术将被应用于温差发电领域。
例如，新型热电材料和先进的热电转换设备将大幅提高发电效率。
2.应用领域扩展：温差发电技术将在更多领域得到应用，如家庭供暖、工业废热回收、海洋能利用等。
这将进一步推动技术的发展和应用。
3.温差资源开发：温差发电技术将有助于利用地热能、太阳能、工业废热等温差资源，以提供更清洁、可持续的能源供应。
4.国际合作与市场拓展：温差发电技术在国际上也受到广泛关注。
各国将加强合作，共同推动技术的研发和应用。
同时，温差发电技术的市场前景也将进一步扩大。
总之，温差发电技术是一种具有广泛应用前景的发电技术。
随着技术的不断升级和应用领域的扩展，温差发电技术将为我们提供更多清洁、可持续的能源选择。
低温差发电的原理与应用
低温差发电的原理与应用低温差发电是一种利用低温热源和高温环境之间的温差进行能量转换的发电技术。
它的原理基于热电效应，即通过材料的热载流子扩散来产生电流。
在低温热源一侧，热载流子被加热并变得高能量，然后通过材料的热载流子扩散，到达高温环境一侧，释放出能量，同时产生电流。
1.温差利用：低温差发电可以利用各种温差资源，如温泉、大海、地下水等。
在这些低温环境中，通过低温差发电技术，可以将废热转化为电能，提高能源利用效率。
2.环境能源利用：低温差发电技术可以在自然环境中利用环境温差来产生电能。
例如，太阳能光热系统可以利用太阳辐射产生的温差来发电。
3.工业应用：低温差发电技术可以应用于工业生产过程中的废热利用。
例如，石化、电力、冶金等行业产生的大量废热可以通过低温差发电技术转化为电能，降低能源浪费。
4.家用电器：低温差发电技术可以应用于可穿戴设备、移动设备等小型电子产品，为其提供可持续的电力支持。
例如，通过人体的体温差来发电，为可穿戴设备提供动力。
5.生命科学：低温差发电技术在生命科学领域的应用也非常广泛。
例如，可以利用人体和动物体内的温差来产生微小的电量，为生物传感器、植入式医疗设备等提供电力支持。
1.材料的研发：目前低温差发电技术主要依赖于热电材料，因此研发高效的热电材料是发展的重中之重。
科学家们正在研究各种新型热电材料，以提高能量转换效率。
2.系统集成：低温差发电技术需要与其他能源转换装置相结合，形成一个完整的能源系统。
因此，研发高效的系统集成技术，可以提高低温差发电技术的整体性能。
3.应用拓展：低温差发电技术的应用领域还有很大的拓展空间。
科学家们正在研究将低温差发电技术应用于更多领域，如智能建筑、交通运输等，以满足不同领域的能源需求。
深海海洋温差发电技术在大型海洋平台电站中的应用
深海海洋温差发电技术在大型海洋平台电站中的应用深海海洋温差发电技术是一种利用深海水温差产生电能的新兴能源技术。
随着人类对清洁能源的需求不断增加，这项技术开始受到广泛关注。
在大型海洋平台电站中，深海海洋温差发电技术具有巨大的潜力和许多优势。
海洋温差发电技术利用深海中的温度差异来产生电能。
这项技术基于深海中海水的性质，根据深海水的低温和海洋表面水温的差异来驱动发电设备。
深海水通常比较稳定地保持在低温下，而海洋表面水温则受到气候和季节变化的影响。
这种温差可以通过深海海洋温差发电技术转化为可用的电能。
在大型海洋平台电站中，深海海洋温差发电技术具有多重应用。
首先，这项技术可以作为一种可再生能源补充传统发电方式。
传统的大型海洋平台电站通常采用化石燃料或核能来产生电能，而这些能源往往存在环境和安全隐患。
而深海海洋温差发电技术是一种完全清洁且无排放的能源形式，可以为大型海洋平台电站提供一种可持续的电能来源。
其次，深海海洋温差发电技术在大型海洋平台电站中的应用还可以提供冷却系统。
大型电站中的核反应堆或其他能源设备需要冷却以保持运行温度。
传统的冷却系统通常采用淡水，但这会导致对淡水资源的过度利用和环境污染。
深海海洋温差发电技术可以利用深海水进行冷却，避免了对淡水的依赖，并减少了对环境的影响。
此外，深海海洋温差发电技术还可以提供海洋资源的综合利用。
海洋中的温差发电过程会产生一些副产品，如淡水和盐水。
这些副产品可以进一步被利用，如用于农业灌溉或海水淡化等。
通过综合利用资源，可以提高海洋平台电站的经济效益和可持续性。
然而，深海海洋温差发电技术在大型海洋平台电站中的应用还面临一些挑战。
首先，技术上的挑战包括如何高效地捕获和转化海水中的温差能量，以及如何设计和维护相应的发电设备。
其次，成本问题也是一个需要解决的难题。
当前的深海海洋温差发电技术相对较新，其成本较高，限制了其在大规模应用中的普及。
为了推动该技术的发展和应用，需要加大对研发和创新的投入，降低成本并提高效率。
热电材料与温差发电技术
热电材料与温差发电技术
热电材料与温差发电技术是一种利用温度差异产生电能的技术。
这种技术基于热电效应，即当两个不同温度之间存在材料时，会产生电压差，从而产生电流。
热电材料是指能够将热能转化为电能的材料，具有良好的热电性能。
这些材料通常是半导体材料，如硅、碲等。
当热电材料的一侧暴露在高温环境中，另一侧暴露在低温环境中时，由于温差的存在，热电材料中的电荷将开始移动，产生电压和电流。
温差发电技术利用了热电材料的热电效应，将温度差异转化为电能。
它可以应用于各种热源，例如工业过程中的废热、太阳能、地热等。
通过将热电材料放置在高温和低温源之间，可以利用温差产生的电能来驱动电流，从而产生电力。
热电材料与温差发电技术具有许多优点。
首先，它可以直接将热能转化为电能，无需中间能量转换，因此效率较高。
其次，它可以在多种温度范围内工作，适用于不同的热源。
此外，热电材料与温差发电技术还具有体积小、可靠性高、响应速度快等特点，使其在能源回收和可再生能源领域具有广阔的应用前景。
然而，目前热电材料与温差发电技术的主要挑战之一是提高其转换效率和功率密度。
在过去的几十年中，已经取得了一些进展，但仍然需要进一步的研究与发展。
潜在的改进包括优化热电材料的性能、改进温差发电器件的结构和设计、提高材料的制备技术等。
综上所述，热电材料与温差发电技术是一种有潜力的能量转换技术，可以有效地利用热能资源，具有广泛的应用前景。
随着技术的不断发展和改进，相信热电材料与温差发电技术将在未来的能源领域发挥越来越重要的作用。
温差电技术及其应用
温差电致冷器件的进展 及其应用
温差电致冷的特点
温差电致冷组件是利用珀尔帖效应工作的热泵，可用 于致冷,也可以致热。 它是一种没有转动部件的固态器 件，寿命长，工作时无噪声，又不会释放有害物质（如 氟氯烃），能在任意角度安装运行，调节电压或电流时 可以精确控制温度。由于它具有的一系列优点，在国防、 工业、农业、科学研究各领域都得到了广泛的应用。
应用：浮标、声呐，等。
烧油的温差发电器
500W燃油温差发电器
Global公司的燃气温差发电器
8550型温差发电器
5120型温差发电器
应用：输气管线阴极保护、微波中继站等。
俄罗斯BIAPOS公司的 燃气温差发电器
CATEG-HG -90\24
性能参数：
功率：90 W 额定电压：24 V 寿命：10 年
很早就有人开始利用塞贝克效应来测量温度。这就是 我们常用的热电偶。
十九世纪末就有人提出利用温差电效应发电的问题。 1911年德国人阿登克希提出了温差发电和温差电致冷理 论，并得到了温差电器件基本参量的热力学公式。但是， 长期以来由于在技术上没有找到一种有效的可供发电或 致冷的材料，因此，没有付诸现实。
光电子器件应用的致冷组件
红外探测器致冷
光电子器件应用的致冷组件
温差电致冷红外热像
DNA复制仪器
消费类温差电致冷应用产品
冷藏箱
啤酒机 红酒柜
用途：光电子学
激光二极管（光通讯等） CCD摄像机 红外探测器 光电倍增管 其它红外分析仪器 红外定标源 标准黑体
用途：电子器件和工业
Amerigon
Amerigon 收购了德國上市企業——汽車熱控制和電 子元件公司 W.E.T. Automotive Systems AG（威意特汽 車系統股份公司）。
半导体温差发电技术应用及研究综述
半导体温差发电技术应用及研究综述下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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低温差发电的原理与应用
低温差发电的原理与应用1 温差发电的基本原理温差电效应是德国科学家塞贝克于1821年首先发现的，人们称之为塞贝克(Seebeck)效应，即两种不同的金属构成闭合回路，当两个接头存在温差时，回路中将产生电流，这一效应为温差发电技术奠定了基础。
如图1所示，A、B两种不同导体构成的回路，如果两个结点所处的温度不同(T1和T2不等)，回路中就会有电动势存在，这便是温差发电技术的理论基础。
当结点间的温度差在一定范围内，存在如下关系：式中：--回路产生的电势；--所用两种导体材料的相对塞贝克系数。
用于低温(3000C以下)的Bi2Te3及其固溶体合金，应该保证室温(300K)下的热电材料的ZT>3。
热电转换材料领域现已取得重要的进展，包括绝缘层和导电层交叉分层、特定层的电荷与自旋态的优化设计和结构钠米化等，现在已经把热电材料的ZT提高到接近3。
自1821年Seebeck发现塞贝克效应以来，国外对温差发电进行了大量的研究，1947年，第一台温差发电器问世，效率仅为 1.5％。
1953年，Loffe院士研究小组成功研制出利用煤油灯、拖拉机热量作热源的温差发电装置，在用电困难地区作小功率电源之用。
到2O世纪60年代末，前苏联先后制造了1000多个放射性同位素温差发电器(RTG)，广泛用于卫星电源、灯塔和导航标识，其平均使用寿命超过10年，可稳定提供7～30V，80W的功率。
美国也不甘落后，其开发的RTG输出功率为2.7～3o0W，最长工作时间已超3O年。
1961年6月美国SNAP一3A能源系统投入使用，输出功率为2.7W，发电效率5.1％。
1977年发射的木星、土星探测器上使用的RTG，输出功率已达到 155W。
20世纪80年代初，美同又完成500～1000W军用温差发电机的研制，并于8O年代末正式进入部队装备。
近年来，对低品位热源的利用成为温差发电技术研究的大方向。
Maneewan等利用置于屋顶的钢板吸收太阳能集热升温与环境之间的温差发电，带动轴流风机引导屋顶空气自然对流，从而给屋顶降温。
温差发电技术及其一些应用
温差发电技术及其一些应用来源：能源技术2009-5-121 温差发电的原理温差发电是利用两种连接起来的导电体或者半导体的塞贝克效应（Seebeck Effect），将热能转换成电能的一种技术。
由两种不同类型的半导体构成的回路如图1，当装置的一端处于高温状态另一端置于低温状态下，就会在回路中形成电动势：ε = αs （T1-T2）（1）式中：T1为低温度端温度，K；T2为高温端温度，K；αs为所用热电转换材料的塞贝克系数，V/K。
图1 温差发电原理图（点击图片放大）在应用时多个PN结串联起来，构成一个热电转换模块（见图2），目前已有产品面市。
例如图3为Hi-z公司生产的热电转换模块系列，该模块系列能在-20℃到300℃的温度范围内有效地进行热电转换，输出功率为2.5~19W，负载电压为1.65~3.30V。
图2 热电模块结构示意图（点击图片放大）图3 Hi-z生产的热电转换模块系列（点击图片放大）2 热电材料的研究进展热电转换模块转换的效率很大程度上决定于其组成材料的性能，温差发电的电动势不但取决于材料的塞贝克系数α，而且和高低温端间的温差△T和有关，s从而与材料的导热有关，另外输出电流还与材料的导电率有关，所以常用热电转换材料的优值Z评价材料的热电性能：Z=（αs）2σ/λ （2）式中：αs为塞贝克系数，σ为电导率，λ为热导率。
Z的量纲为K-1，研究分析中优值又常采用优值Z和工作温度T的无量纲ZT 表征。
提高材料的优值是研究开发高效热电转换材料的主要方向，通常有以下几种途径：①选择最佳载流子度；②提高载流子迁移率与晶格热导率的比；③改变晶体取向；④改变颗粒尺度使颗粒间既能导电同时声子散射又比较显著，促使颗粒定向分布；⑤选择最佳的工作温度及材料的禁带宽度。
已有的研究资料表明，在室温下热电转换材料的优值只要能大于3，热电效率就可以达到令人较满意的水平并可以推广应用。
目前热电材料的研究主要集中在以下几个方面。
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温差发电技术及其一些应用来源：能源技术2009-5-121 温差发电的原理温差发电是利用两种连接起来的导电体或者半导体的塞贝克效应（Seebeck Effect），将热能转换成电能的一种技术。
由两种不同类型的半导体构成的回路如图1，当装置的一端处于高温状态另一端置于低温状态下，就会在回路中形成电动势：ε = αs （T1-T2）（1）式中：T1为低温度端温度，K；T2为高温端温度，K；αs为所用热电转换材料的塞贝克系数，V/K。
图1 温差发电原理图（点击图片放大）在应用时多个PN 结串联起来，构成一个热电转换模块（见图2），目前已有产品面市例如图3 为Hi-z 公司生产的热电转换模块系列，该模块系列能在-20℃到300℃的温度范围内有效地进行热电转换，输出功率为2.5~19W，负载电压为1.65~3.30V。
图2 热电模块结构示意图（点击图片放大）图3 Hi-z 生产的热电转换模块系列（点击图片放大）2 热电材料的研究进展热电转换模块转换的效率很大程度上决定于其组成材料的性能，温差发电的电动势不但取决于材料的塞贝克系数α，而且和高低温端间的温差△T和有关，s从而与材料的导热有关，另外输出电流还与材料的导电率有关，所以常用热电转换材料的优值Z 评价材料的热电性能：Z=（αs）2σ/λ（2）式中：αs为塞贝克系数，σ为电导率，λ为热导率。
Z 的量纲为K-1，研究分析中优值又常采用优值Z 和工作温度T 的无量纲ZT 表征。
提高材料的优值是研究开发高效热电转换材料的主要方向，通常有以下几种途径：①选择最佳载流子度；②提高载流子迁移率与晶格热导率的比；③ 改变晶体取向；④改变颗粒尺度使颗粒间既能导电同时声子散射又比较显著，促使颗粒定向分布；⑤选择最佳的工作温度及材料的禁带宽度。
已有的研究资料表明，在室温下热电转换材料的优值只要能大于3，热电效率就可以达到令人较满意的水平并可以推广应用。
目前热电材料的研究主要集中在以下几个方面。
（1）改进材料微观结构，例如结构纳米化。
通过纳米技术在热电材料中掺入纳米尺寸的杂质相制备纳米复合结构热电材料（杂质相可为绝缘体、半导体或是金属，也可以为纳米尺寸的空洞），通过调整或者控制掺入杂质的成份、结构和大小得到纳米级的新相，达到提高热电材料ZT 值的目的。
（2）开发梯度结构材料。
功能梯度材料主要有两种：一种是载流子浓度梯度热电材料，即沿着材料的长度方向载流子浓度被优化，让材料的每一部分在各自的工作区达到最大的优值；另一种是分段复合梯度热电材料，由不同材料连接构成，每段材料工作在最佳温度区，可在大温差范围内工作从而达到较高的热电转换效率。
日本研究人员发现采用5 种不同载流子浓度值的PbTe 在300~1000K 的温度范围内梯度化，其平均热电优值比单一材料增加1.5 倍左右。
Muller 等利用4 层不同掺杂浓度的FeSi2制备出热传感器并对其进行了测试，发现该元件在- 50~500℃的范围内Seebeck 系数保持在270μV/K，波动小于±2%。
Kang 等研究了SiGe/PbTe/Bi2Te3三段层状热电元件，工作温度从室温到1073K，最大效率可达17%；对二元（PbTe．1-2(SnTe)合金进行Ag 元素掺杂并实现三段结构梯度化，结果表明三段梯度热电材料PbTe/(PbTe)0.8（SnTe．0.2/(PbTe)0.6（SnTe．0.4的最大输出功率达175W/m2，性能比单段材料至少提高16%。
（3）新的材料制备方法与工艺的研究，如熔体生长法和粉末冶金法，绝缘层和导电层交叉分层。
麻省理工学院的Hicks 和Dresselhaus 提出若能在Bi2Te3层状物质的层中插入绝缘层，ZT 值则可以增加3 倍。
目前，Vanka-tasubmanian 等人研制的Bi2Te3-Sb2Te3超晶格材料，其P 型样品的ZT 值已经超过了2.4。
3 温差发电技术的应用3.1 空间探索方面航天器常用的供能方式是太阳能供电，但这种方式往往只适用于工作在有一定的太阳辐射量的空间中的航天器，在太阳能电板接收不到太阳辐射而无法发挥作用时，同位素温差发电器（RTG，Radioisotope Thermoelectric generator）便成为首选的最佳替代动力源（图4）。
同位素温差发电器利用放射性同位素衰变时产生的热量经塞贝克效应转变成电能具有性能可靠、热源稳定、寿命长和能量密度高（100kWh/kg）等优点。
图4 RTG 装置内部结构（点击图片放大）在放射性同位素温差发电器研究应用方面，美国处于领先地位。
2003 年6 月10 日和7 月7 日分别发射的两个火星探测器（“勇气”和“机遇”号），2006 年2 月18 日发射的用于探索冥王星的“新视野”号（New Horizons）行星探测器（图5），均采用放射性元素钚衰变经温差发电器为探测器提供电力，其中“勇气”号和“机遇”号上各装配8 台Pu 放射性温差发电器，每台发电器能提供1W 的电力，以确保两探测器上的电子仪器和运行系统能安全度过火星夜晚（-105℃），使其能维持在-55℃以上的工作温度。
“新视野”号上的温差发电器能提供30V，240W 的电力。
图5 新视野号（点击图片放大）在我国已经通过论证的探月二期工程中，将采用同位素温差发电器提供动力提供常值负载和CPU 用电，而余下的热量还可以给航天器系统中科学仪器及平台保温，使其能在月夜极端低温环境（-170℃）中正常工作。
目前应用比较成熟的空间同位素电池热电转换效率较低，提高热电转换效率是空间放射性同位素温差发电器一直追求的目标。
为了提高同位素温差发电器热电转换效率，美国能源部还提出了先进同位素发电体系（ARPS）的开发计划，其中包括碱金属热电转换器（AMTEC）和热-光生伏打转换器（TPV）。
碱金属热电转换器利用液态金属离子将红外辐射转换为电能，热光生伏打转换器则使用镓-锑红外光电电池直接将同位素辐射热能转换成电能，利用这两种工艺制成的温差发电器比常用的同位素温差发电器（RTG）转换效率高2~3 倍。
3.2 汽车尾气余热回收汽车发动机排气所带走的热量占所消耗的燃料产生热量的40%，残余废气的温度约在800℃左右，可以利用温差发电技术回收尾气余热进行发电。
研究表明，轻型车废气温度达到700℃（937K），废气流速达到20g/s，中型车废气温度达到512℃（785K），废气流速达到30g/s 时，利用温差发电能达到5~6kW 的电能。
图6 是美国在Mack 柴油机上装配了温差发电器的汽车，排气管中安装72 个温差转换模块，汽车行驶中能提供2~4kW 的电功率。
图6 装配温差发电器的柴油汽车3.3 海洋温差能的利用海洋温差发电，从南纬20 度到北纬20 度，海洋水表层温度常年保持在25~29℃之间，而海洋深处500~1000m 处的海水温度则保持在4~7℃，与海水表层之间存在着15~20K 左右的有效温度，成为可以利用的能源资源，据估算，理论上全世界海洋温差能储量为100 亿kW。
海洋温差发电有多种技术，利用塞贝克热电器件发电是其中之一。
日本在利用海洋温差发电方面一直处于领先地位，图7 为日本开发的海洋温差发电器，共由500 组热电转换器件构成。
图7 海洋温差发电器海洋温差发电是一种可再生的清洁能源，虽然目前的能量转换效率非常低（大约仅相等于一般火力发电的1/20）投资费用也很高，但是建成后极低的成产成本，对于电力价格本来就比内陆高的热带海岛地区，海洋温差发电的价格已经具有竞争力。
资料报道，印度公共电力部门从已经建成的海洋温差电站购买电力的价格仅为6.5 美分/kWh。
对海洋温差发电及其相关技术展开研究，是一项考虑长远可持续能源需求的高技术投资项目，虽然不能指望它很快见到实效，但是它在未来能源资源的多样化、可持续化中的作用，以及它的环境效益和长远经济效益都将难以估量。
3.4 边远地区供电对于边远地区，高原地区，远离陆地的岛屿等发电和输送电困难的地区，如极地、森林、沙漠等无人地区的微波中继站、远地自动无线电接收装置、自动天气预报站、无人航标灯、油管的阴极保护等温差发电技术可发挥重要的作用。
如美国Global Thermoel-ectric Inc 生产的用于管道监控、数据采集、通讯和腐蚀防护的温差发电设备，输出功率可达6kW。
部队、铁路、石油等部门在野外作业时常受电力短缺的困扰，有文献对利用温差发电回收野营燃油暖风机排烟余热的可行性进行了研究，排烟管内与管外环境温度温差达到250K，在40kW 的高原暖风机排烟管外壁均匀布置147 块Hi-Z 科技公司的HZ-14 温差发电模块，可以产生24.5V 电压，2kW 的电能。
3.5 火力发电厂效率的提高现在的火力发电厂热效率一般为30%~40%，用传统的热机做功发电方式很难使发电效率进一步提高，如果利用锅炉炉膛的特殊结构在发电系统中加入温差发电器，就可以找出提高系统发电效率的途径。
锅炉炉膛内部有热源产生高温，一般超过1000℃，与低温端-炉膛水冷壁存在一定温差，这为在电站锅炉炉膛内应用温差发电器提供了温差条件。
目前应用于电站锅炉炉膛内的碱金属热电转换器（AMTEC），要求低温端为100~300℃，高温端为700~1000℃，效率可达30%~40%，提高系统发电效率5%~7%。
目前应用于火力发电厂的温差发电方式主要存在以下不足：首先是较低的电压与电流，热电转换器件产生的是低电压直流电，因此电压需要经过转换；其次是热电器件相对于较高的电压电流的适应性需要考虑；再次是热阻影响，加入热电器件后必然加大炉膛传热热阻，热阻的大小直接影响炉膛受热面积的大小，使用时需要对其具体结构形式进行优化。
3.6 垃圾焚烧热发电小型垃圾焚烧炉一般间歇发电，采用温差发电方式发电，将发电装置设在熔融炉排烟部分的炉壁上，直接把燃烧热能转换成电能，可以省去了余热锅炉汽轮发电机以及蒸汽循环所需的附属设备。
日本建立的500W 级垃圾燃烧余热发电示范系统，取得了良好的实际效果，图8 为利用垃圾焚烧余热发电系统，最大输出功率为1173.5W。