半导体温差发电器件的应用及其市场调研
半导体温差发电器件的应用及市场调研
学生：
指导老师：
（厦门理工学院机械工程系，厦门 361024）
【摘 要】：随着工业化的高速进展,全球性的环境恶化和能源危机正威胁着人类的长期稳定进展,各国政府对绿色环保技术的研究与利用给予了前所未有的关注和支持。半导体温差发电是一种全固态能量转换方式,无需化学反应或流体介质,因而在发电过程中具有无噪音、无磨损、无介质泄露、体积小、重量轻、移动方便、使用寿命长等优点,因此备受关注。本文调研了目前半导体温差发电器件的进展现状以及其性能应用，分析了其以后走势，以及提出了一些设想。
【关键词】：半导体 温差发电 现状 设想
1 前言
温差发电又叫热电发电，是一种绿色环保的发电方式。温差发电技术具有结构简单，牢固耐用，无运动部件，无噪声，使用寿命长等优点。能够合理利用太阳能、地热能、工业余热废热用寿命长等优点。能够合理利用太阳能、地热能、工业余热废热等低品位能源转化成电能。温差发电技术的研究最早开始于20世纪40年代[1]。由于其显著的优点，温差发电在航空、军事等领域得到了广泛的应用，美国，前苏联先后研发了数千个放射性同位素或核反应堆温差发电器用作空间、海洋装置的电源。随着化石能源的日趋枯竭，美国、日本、欧盟等发达国家更加重视温差发电技术在民用领域的研究，并取得了长足的进展。国内温差发电方面的研究，要紧集中在发电器理论和热电材料制备方面的研究，旨在为温差发电器的优化提供理论指导和制备性能优良的热电材料，尽管我国是世界上最大的半导体究还专门欠缺，因此研究温差发电有着特不现实的意义。
本调研报告的研究内容确实是针对市场的一些温差发电有关公司的产品价格等相关事项进行了调研。
2 半导体温差发电器件的工作原理及应用
温差发电是基于热电材料的塞贝克效应进展起来的一种发电技术，将P型和N型两种不同类型的热电材料（P型是富空穴材料，N型是富电子材料）一端相连形成一个PN结如图1，置于高温状态，另一端形成低温，则由于热激发作用，P（N）型材料高温端空穴（电子）浓度高于低温端，因此在这种浓度梯度的驱动下，空穴和电子就开始向低温端扩散，从而形成电动势，如此热电材料就通过高低温端间的温差完成了将高温端输入的热能直接转化成电能的过程。单独的一个PN结，可形成的电动势专门小，而假如将专门多如此的PN结串联起来，就能够得到足够高的电压，成为一个温差发电器。
图1 温差发电原理示意图
塞贝克效应：
1821年塞贝克发觉在锑与铜两种材料组成的回路中,当两个接触点处于不同温度时候,在回路中就有电流通过。人们把产生这种电流的电动势叫做热电动势,也叫做塞贝克电动势或温差电动势。要形成温差电动势必须有两种不同的金属材料,并在两端的连接处有不同的温度,如下图所示。Eab是塞贝克电动势,Sab塞贝克系数。因此塞贝克系数不是由一种材料,而是由一对材料形成的。由于所选的材料不同,电位的变化能够是正或负。因此,塞贝克系数不只是大小,而且符号也专门重要。
若两种材料是十分均匀的,那么这种电动势的大小就仅与两个接点的温度有关。产生热电动势的缘故要紧是由于:(1)两种金属的逸出功不同;(2)两种金属的电子密度不同。从而发生电子从一种金属穿过界面向另一种金属迁移,在接点处形成了接触电势,它与温度有关,在两接点温度不相同时,其接触电动势的代数和不等于零,所产生的接触电势差确实是热电动势。在两接点温度差不大时热电动势与温度差成正比。
图2塞贝克效应原理示意图
珀尔帖效应：
珀尔帖效应是1834年由法国科学家JeanC. APeltier发觉的,即直流电流流过两种不同金属的接点时,在接点处会出现放热或吸热的现象。实验证明:两种不同金属间产生珀尔帖效应是专门微弱的,唯有某些半导体材料PN结的珀尔帖效应较为显著。有用的半导体制温差电材料有碲化铅、硅化铁、锑化锌、碲化铋等。目前以碲化铋应用为主,其三元固溶体合金成分为: P型吠吠吠Bi2Te3+SbTe2 和N型吠吠吠Bi2Te3+Bi2Se3
吠焦耳效应(Joule Effect)
单位时刻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。
吠傅里叶效应(Fourier Effect)：
单位时刻内通过均匀介质沿某一方向传导的热量与垂直那个方向的面积和该方向温度梯度的乘积成正比。由于这些因素,半导体热电效率在专门大程度上受到了限制,尽管如此半导体温差电技术依旧在各领域中的应用却越来越广泛,越来越显示出它的专门优越性。利用半导体材料的帕尔帖效应,选用热电效应较高的热电偶构成温差电器件。
图3 （吠傅里叶效应原理实验图）
当直流电通过由两种不同的半导体材料串联成的热电偶时,在热电偶的两端即可分不汲取热量和放出热量,假如在放热端安装散热装置,吸热端就能通过汲取热量使吸热端的温度低于放热端的温度,当改变直流电流方向时,吸热面与放热面交换又能达到制热的效果。但仅有一对热电偶所产生的制冷量是远远不够的,因此为加大功率,采纳热电偶串联,吸热端、放热端各自并联。
利用上述原理设计的温差电器件能够用作为冷热源制成具有冷藏、热藏、降温、恒温、升温等功能的装置,并能用于各种热工测量。
3 半导体温差发电器件的市场现状
（1）常山县万谷电子科技有限公司
温差发电是一种合理利用余热、太阳能、地热等低品位能源转换成为电能的有效方式。温差发电具有结构简单，牢固耐用，无运动部件，无噪音等特点。目前在国外已广泛研究。使用一般化石燃料作热源以形成温差发电器的有用系统首推美国专为野外使用而进展的军用电源。它们以各类军队常用的燃油燃烧产生的热量为热源转换为供给战场、尤其是前沿阵地各种电器设备的电能。由于在这些环境中低噪声、能快速启动、能长期连续工作、易携带、维护方便、后勤保障便利等是使用方首要的考虑，在这些方面，温差电转换发电器大大优于常用的内燃式驱动发电机和化学蓄电池。1988年美国生产了一种外形41.2cmX42.2cmX27.3cm的燃烧式温差发电器,该设备的发电元件由120对热电偶组成,可使用多种军用燃油,一次装载后连续工作12小时,产生13.1V直流电压,向负载提供120W的电功率。
随着环保意识的加强以及对传统能源以后匮缺的担心，充分利用余热发电的技术手段日益受到关注。2003年黎巴嫩大学的学者将温差电发电器的热端与该国的一种做饭用的火炉外壁连接，冷端置于空气中，利用炉壁的高温与环境的温差来发电。事实上验中所使用的温差电元件即产自中国，因为中国的元件性价比最高，该设备实验中单片元件可产生4W的电功率。中国目前已成为世界上最大的温差电元件生产出口国，这为我国以后温差电的广泛应用打下了坚实的基础。2.2太阳能和地热能热源太阳能和地热能是新能源体系的要紧组成部分，它们无污染，而且能够认为是无匮缺的长期资源。太阳能利用最为方便的形式是集热，通过集热后产生的温差即可用于发电。2004年泰国学者通过利用置于屋顶的铜板汲取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达到给屋顶降温的效果。
放射性同位素热源关于需要长时刻不间断供电而且无须人工维护的应用，温差电转换发电是一种较为理想的选择。所剩下的要紧问题确实是要查找一个同样是体积小、寿命长的相应热源。由同位素放射产生热量的方式因其能量密度高、工作寿命长、可靠性高等优点被视为理想热源。医学应用：放射性同位素热源的温差发电器用于向人体植入的器官或辅助器具供电，使之能长期正常工作，如人造心脏或心脏起博器。这类产品可耐受1600K以上的高温，其辐射水平比夜光表还低，依据放射源的半衰期其使用期限可达87年。海洋和地面应用：随着人类在边远地区、海洋的活动不断增加，对能长期工作而不用太多维修的能源系统的需求日增。美国海军是海洋用放射性同位素温差发电器的最大用户。他们使用的典型发电器为Gulf Millibats，设计的工作深度达10KM，温差电偶材料为碲化铋，热源为同位素锶-90，能够提供电压为1.5到1.8V，功率不小于1W，寿命长达10年，通过直流-直流转化器获得24V的输出电压。1961年12月在Chesapeake Curtis海湾为核动力系统设置的第一台SNAP系统，在阿拉斯加的Umeat无人气象站。该站电能由一个至少6年无需维护的温差发电器提供。空间应用：卫星用原子核辅助能源系统（SNAP）的进展始于1955年。1961年6月，美国海军装有SNAP3A这种能源系统的卫星TRANSIT4A发射成功，能源系统运转正常，标志着放射性同位素能源系统首次被用于太空。随着人们对温差发电器的太空应用的深入，在1977年发射的木星、土星探测器旅行者1和2号上的温差发电器的功率已从最初的2W到3W上升到了155W。美国仙童空间电子公司已提出了一种放射性同位素温差发电器的新设计。它采纳通用热源模块、SiGe-GaP温差热电偶及温差电器件组件化的模式，一个18单元280W的系统正常工作时效率可达到9.41%。
随着人类空间探究活动的日渐展开,医用物理学的进展以及在地球难于到达地区日益增加的资源考察与探查活动,需要开发一类能够自身供能且无需照看的电源系统。显然,温差发电对这些应用极为适合。它具有结构简单，牢固耐用，无运动部件，无噪声等特点。关于遥远的太空探测器来讲，放射性同位素供热的温差发电器是目前唯一的供电系统。此外，随着全球石油消耗的剧增而伴随的全球能源价格的不断攀升，人们开始对全球目前以石化能源为主体的能源结构所带
温差发电片参数
温差发电片
温差发电片发电是一种新型的发电方式，即利用塞贝克效应将热能直接转换为电能：
P型和N型结合的半导体元件组成的器件的一侧维持在低温，另一侧维持在高温，这样器件高温侧就会向低温侧传导热能并产生热流。即热能从高温侧流入器件内，通过器件将热能从低温侧排出时，流入器件的一部分热能不放热，并在器件内变成电能，输出直流电压和电流。通过连接多个这样的器件便可获得较大的电压。该器件即为目前应用日益广泛的温差发电片。
由半导体温差发电片制造的半导体发电机有着无噪音、寿命长、性能稳定等特点，同时体积小，重量轻，便于携带，成为了一种应用广泛的便携电源。目前主要用于油田、野外、军事等领域，同时越来越多地应用于小家电制造、仪器仪表、玩具及旅游业等行业。
随着现代社会保护环境、节约能源的呼声越来越高、人们更多地在考虑如何有效地将太阳热、海洋热、地热、工业废热、燃烧垃圾的发热等地球上各种热源产生的热能转化为电能。因此半导体温差发电技术必将得到更广泛的应用。
温差发电片外形尺寸62*62*3.6MM.开路电压18V，电流600MA，负载电压12V，负载电流600MA。耐高温180度，温差100度。
温差发电片外形尺寸40*40*3.6MM.开路电压8V，电流600MA，负载电压4V，负载电流600MA。耐高温180度，温差100度。 温差发电组外形尺寸62*62*4.9MM.开路电压8V，电流1.2A，负载电压4V，负载电流1A。耐高温180度，温差100度。
米合温差发电组，输入温度100-180度，（温差100度左右，）输出电压6-7V，电流600MA.
半导体温差发电器发电电气特性试验研究
第３９卷第４期
２００８年４月 东北农业大学学报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ３９０）：８６－８９
Ａｐｒｉｌ ２００８
文章编号１００５—９３６９（２００８）０４—００８６—０４
半导体温差发电器发电电气特性试验研究
姜 涛 ，张 俐ｐ，李艳军 ，郑 爽 ，欧阳斌林
（１，东北农业大学工程学院，哈尔滨１５００３０；２．黑龙江科技学院电气与信息工程学院，哈尔滨１５００２７）
摘要：文章根据塞贝克效应（Ｓｅｅｂｅｃｋ ｅｆｆｅｃｔ）、珀尔帖效应（Ｐｅｌｔｉｅｒ ｅｆｆｅｃｔ）、汤姆逊效应（Ｔｈｏｍｓｏｎ ｅｆｆｅｃｔ）原理，
制作了半导体温差发电器系统，通过试验测试获得了在不同温度等级下的电气特性。结果表明，开路电压和负载电
压随温度升高呈线性上升趋势。当温度一定时，电流随负载变化呈几何对数增长，并找到了电压越低输出功率越大
的功率特性。
关键词：半导体温差发电器；温差发电；电气特性
中图分类号：ＴＮ３７７ 文献标识码：Ａ
半导体发电技术是利用温差直接将热能转化为
电能的全固态能量转化发电装置，并产生电能的一门
技术。具有设备简单，操作方便，不依赖燃料和放射
性同位素等，仅靠温度差便可发电而获取能量；且无
需机械驱动，具有无零件损耗和劣化、无噪音、无污
染、无磨损、重量轻、使用寿命长等特点。已经成为
国际上新能源的研究前沿，被公认为继太阳能发电和
风力发电之后的第三种清洁能源发电方式田。但因热
电能量转换效率和成本的限制，温差发电技术主要
应用于航天等军事领域［２－３］。随着高性能热电转换材
料的研究开发，该技术将在其他领域得到广泛应用。
国外发达国家已开展了相关的研究，特别是日本，
已经将温差发电技术作为一种能源进行开发利用，
在热电陶瓷转换材料方面，处于世界领先地位。我
国对温差发电技术的研究才刚刚起步，在技术和产
品自主创新方面还是空白。尤其是如何在已有研究
半导体P-N型温差发电器件热电性能研究
王长宏等：半导体P-N型温差发电器件热电性能研究 文章编号：1001-9731 (016) 12-12147-0512147
半导体P-N型温差发电器件热电性能研究x
王长宏，李娜，林涛，吴浩东(广东工业大学材料与能源学院，广州510006)
摘要：区熔法工艺制备的Ti2Be3温差发电材料，以PN结为研究对象。通过有限体积法对单对半导体PN结 模型的温度、流场进行模拟，并用热阻分析法对传热过程进行计算，考虑热电转换过程受PN结空腔内气体对流、 热传导和辐射的影响。研究结果表明，数值模拟和热阻分析法所得结果吻合，芯片传热过程中陶瓷基板热阻耗散 46%的温差，且当热端温度达1 000 K时，辐射传热量占总传热量的37%;因此对半导体PN结模型进行优化，适 当降低陶瓷基底热阻有利于提高半导体PN结实际温差和应用价值。关键词：温差发电器件；热电转换；热电性能；数值分析中图分类号：TK11 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn. 1001-9731.2016.12.024
0引言由于热电发电过程中具有体积小、无噪声、寿命长 等特点，其性能研究及相关应用备受关注[]。国内外 学者现集中于热电材料优值系数的提高[-3];主要包括 通过态密度共振和能带简并提高塞贝克系数；纳米结 构等方法降低晶格热导率以及基体和纳米第二相的能 带对齐来维持电传输性能45]。王长宏等[]在温差发 电过程的数值模拟中考虑热电单元之间封闭腔体内空 气传热的影响提出改善模块结构的有效途径，A.S.A1- Merbati等[7]利用有限元方法对不同组合结构的PN 结元件进行温度场、电场和机械应力场耦合分析，综合 评价不同PN结构性能。A.Rezania等[8]则对温差发 电芯片内部结构进行优化。Fankai Meng等[]针对温 差余热利用，分析单元长度，封装、热流对温差发电模 块的影响和导热基底厚度对发电效率影响研究，表明 输出功率随着截面积增大和导热基底厚度增加而减 小；而对温差发电内部多场耦合的研究甚少。本文基于上述研究的不足，提出一种考虑PN结 内部流场、温度场分布的传热模型，并利用CFD软件 对模型多场耦合进行数值模拟及分析，求出实际半导 体PN结传热过程中热传导、热对流和热辐射传热量， 同时结合传热学中热阻分析法对模型结果进行验证， 结果表明，在实际芯片传热过程中，高温时空腔辐射传 热并不能忽略；陶瓷基底的热阻的造成46%热能无法 转化为电能，因此对模型进行结构优化显得极其迫切。1系统建模1.1几何模型本文研究的单对半导体PN结多场耦合分析几何模型如图1所示，该模型主要由半导体P型和N型电 偶臂、导电铜片、陶瓷基底和空腔空气组成。其中半导 体P/N型材料焊接在导电铜片上，并通过上下陶瓷基 底封装而成，具体的尺寸如图1所示，其中PN电偶臂 高1.2 mm、导电铜片厚0.5 mm、陶瓷基板厚0.7 mm。 当热电单元上下两端存在温差时，由于热激发作用，将 形成电动势，单对PN结所产生电动势较小，故采用多 对PN结串联而成的温差发电芯片将能提供足够的电 压。
内燃机尾气余热半导体温差发电系统研究
科学论坛 内燃机尾气余热半导体温差发电系统研究 智博 獬蠛 （国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心郑州４５ｏ００２） 摘要：随着科学技术的发展，利用温差发电技术可以将汽车内燃机尾气中的余热转变成电能，继而更好的解决汽车行业的能源利用问题。因此，基 于这种认识，本文首先对系统发电原理进行了分析。而在此基础上，则通过分析温差发电系统的各组成部分，对内燃机尾气余热半导体温差发电系统展开 了研究，以便为关注这一话题的人们提供参考。 关键词：内燃机；尾气余热；半导体温差发电系统 引言：作为汽车消费和生产大国，中国汽车行业的能源消耗和污染排 放问题一直是各国关注的问题。而将温差发电技术用在汽车内燃机尾气处 理上，则不仅可以节约大量的燃油，还可以为汽车提供一定的电气用能。同 时，半导体温差发电模块可以在低温条件下工作，继而可以满足汽车尾气 余热的处理需求。因此，有关人员有必要对内燃机尾气余热半导体温差发 电系统展开研究，以便利用该系统解决汽车行业的能源利用问题。 １系统发电原理概述 作为固体能量转换技术的一种，半导体温差发电技术具有无污染、寿 命长和安全可靠的特点，可以在多个领域得到广泛的应用。从原理角度来 看，半导体温差发电技术就是利用不同类型的半导体构成的回路来发电的 一种技术。具体来讲，就是在其中的一个半导体处在高温状态，而另一个处 于低温状态时，二者构成的回路将出现温差，继而导致直流电压产生。就实 际情况而言，由半导体构成的温差热电偶可以产生大量的电能，即每摄氏 度温差几百微伏的电压。而由不同半导体组成的单元则为热电片，在内燃 机尾气余热发电方面得到了应用。近年来，随着汽车行业的快速发展，汽车 的尾气排放问题也同样引起了人们的关注。就目前来看，汽车内燃机产生 的尾气中包含了４０％的燃油能量，并最终被释放在空气中 】。而利用半导体 温差发电技术，则可以将尾气中的热量转化成电能，继而在有效节省能源 的同时，解决汽车尾气排放问题。 ２内燃机尾气余热半导体温差发电系统研究 就目前来看，内燃机尾气余热半导体温差发电系统主要由集热器、温 差发电片、冷却系统和夹紧装置构成。在系统运行的过程中，内燃机的尾气 将成为温差发电片的热源。而发电片的冷端则为恒温水冷却器，可以保证 温差发电片的两端出现温差，继而产生一定的电量。 ２．１系统集热器研究 从根本上来讲，设置集热器就是为了回收内燃机尾气中的余热。在系 统中，集热器需要与排放尾气的排气管相连接。而在集热器的前后位置上， 则设有两个法兰，可以帮助集热器较好的与排气管连接。但是，由于该种连 接是刚性连接，容易因汽车运动而导致排气管出现震动。所以，需要在排气 管上安装软管。而集热器的另一端则需要与温差发电片的热面接触，继而 向温差发电片提供热量。所以，为了防止因集热器表面不平而造成的发电 片损坏，并减小二者之间的接触电阻，还要做好集热器表面的平面度的控 制。此外，为了使集热器与发电片之间的导热状态良好，还需要在二者接触 面上涂抹导热硅脂。 ２．２系统温差发电片研究 在尾气发电系统中，温差发电片起到了至关重要的作用。一方面，在选
温差发电
温差发电
温差发电目前有两种形式，一是利用海水表层和深层的温差，用其热量使蒸发器中的水沸腾，用氨蒸汽带动涡轮机发电。随后，氨蒸汽进入深层海水冷却，重新变成液体。在这一循环往返过程中，可以依次将海水的温差变成电力；二是用半导体温差效应直接发电。
海洋中蕴藏着丰富的太阳热能。太阳每年供应给海洋的热能大约有６０0多万亿千瓦时，如此巨大的能量，除了一部分转变为海流的动能和水汽的循环外，其余都直接以热能的形式储存在海水中， 主要表现为海水表层和深层直接的温差。通常情况下，海水表层的温度可达２５－２８℃ ，而海平面以下５００米的深处水温大约只有４－７℃，两者相差２０℃左右，热带海洋的温差更为明显。火力发电和原子能发电是以热能使水沸腾，利用水蒸汽带动涡轮机，然后发电。而海洋温差发电所用的蒸汽，一般是氨和水的混合液。与水相比，氨水的沸点只有33度，很容易变成蒸汽。
目前，海洋温差发电的能源变换效率只有3%_5%，比火力发电的40%低得多。所以要想得到比较大的功率，海洋温差发电装置必须造得很庞大，形成面积巨大的采能场，才能获得足够的电力。这样，无疑增大了发电成本。但它的优点也是不言而喻的：绿色、环保、可再生、取之不尽，用之不竭。随着新能源开发力度的不断加大，海洋温差发电已受到各国普遍重视。技术进步将大幅度降低发电成本，增加其竞争能力。日本、法国、比利时等国已经建成一些海水温差发电站，功率从100千瓦至10000千瓦不等。
半导体温差发电是根据塞贝克效应制成的。所谓塞贝克效应是指把两种半导体（即P型和N型硅用金属片串接起来）的接合端置于高温处，处于低温环境的另一端就可以产生电动势，接上负载即在回路中形成电流。这是十分方便、安全、环保的。人类在航天等各种特殊环境中已广泛应用了这一技术。目前，市场上已有半导体温差发电模块出售，用其为手机、电脑充电以及用于应急照明，效果都非常之好，可惜功率太小，大规模工业化使用为时尚早。（6）
半导体热电技术
半导体热电技术
1. 热电发电
热电发电是将热能直接转化为电能的过程。半导体热电发电器件通常由多对半导体材料组成,利用塞贝克效应原理,将热源与冷源之间的温差转化为电压差,从而产生电流。
热电发电技术具有无需机械运动部件、无噪音、无污染、工艺简单等优点,已广泛应用于航空航天、国防军工、远程通信等领域,为偏远地区或特殊环境提供电力。
2. 热电制冷
相反地,热电制冷是将电能转化为热能的过程。半导体热电制冷器件将电能转化为冷热两端的温差,从而实现制冷效果。
热电制冷技术无需使用压缩机和制冷剂,结构紧凑、无噪音,可实现局部精确控温。目前已广泛应用于半导体器件测试、激光芯片冷却、车载冷暖设备以及生物医学等领域。
新型半导体热电材料的研发是推动热电技术发展的关键。科研人员正在开发具有高热电性能的新型纳米结构半导体材料,以期获得更高的热电转换效率。半导体热电技术的应用前景十分广阔,未来将在节能环保、可再生能源利用等领域发挥重要作用。
什么是温差发电温差发电的应用
什么是温差发电温差发电的应用
温差发电是利用海水的温差进行发电。我们的生活用电很多也是利用温差发电而来。下面小编为大家介绍温差发电，感兴趣的朋友们一起来看看吧!
温差发电的的介绍
海洋不同水层之间的温差很大，一般表层水温度比深层或底层水高得多。发电原理是，温水流入蒸发室之后，在低压下海水沸腾变为流动蒸气或丙烷等蒸发气体作为流体，推动透平机旋转，启动交流电机发电;用过的废蒸气进入冷凝室被海洋深层水冷却凝结，再进行循环。据估算，海洋温差能一年约能发电15×10^8=15亿千瓦。
温差发电的原理
温差热发电技术是一种利用高、低温热源之间的温差，采用低沸点工作流体作为循环工质，在朗肯循环( Rankine Cycle，RC) 基础上，用高温热源加热并蒸发循环工质产生的蒸汽推动透平发电的技术，其主要组件包括蒸发器、冷凝器、涡轮机以及工作流体泵. 通过高温热源加热蒸发器内的工作流体并使其蒸发，蒸发后的工作流体在涡轮机内绝热膨胀，推动涡轮机的叶片而达到发电的目的，发电后的工作流体被导入冷凝器，并将其热量传给低温热源，因而冷却并再恢复成液体，然后经循环泵送入蒸发器，形成一个循环。
汤姆逊效应的物理学解释是：金属中温度不均匀时，温度高处的自由电子比温度低处的自由电子动能大。像气体一样，当温度不均匀时会产生热扩散，因此自由电子从温度高端向温度低端扩散，在低温端堆积起来，从而在导体内形成电场，在金属棒两端便引成一个电势差。这种自由电子的扩散作用一直进行到电场力对电子的作用与电子的热扩散平衡为止。
温差发电的案例
美国科学家发现，鲨鱼鼻子里的一种胶体能把海水温度的变化转换成电信号，传送给神经细胞，使鲨鱼能够感知细微的温度变化，从而准确地找到食物，科学家猜测，其他动物体内也可能存在类似的胶体.这种因温差而产生电流的性质与半导体材料的热电效应类似，人工合成这种胶体，有望在微电子工业领域获得应用。
美国旧金山大学的一位科学家在2003年1月30日出版的英国《自然》杂志上报告说，他从鲨鱼鼻子的皮肤小孔里提取了一种与普通明胶相似的胶体，发现它对温度非常敏感，0.1℃的温度变化都会使它产生明显的电压变化。
温差发电器
温差发电器
1 概述
1821年德国科学家塞贝克（T.J. Seebeck）发现了塞贝克效应，迄今已经快200年了。第二次世界大战末发现半导体材料后，掀起了探索温差电材料和器件的热潮，促进了温差电理论和技术的发展。二十世纪五十年代末六十年代初，空间技术飞速发展，急需一种长寿命、抗辐照的电源。由于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，成为空间电源研发的热点，大大刺激了温差电技术的发展。1960年代初就有一批放射性同位素温差发电器（Radioisotope
Thermoelectric Generator，英文缩写为 RTG）成功地应用于空间、地面和海洋。1963年美国将一个输出电功率2.7W的同位素温差发电器Snap3用在军用导航卫星上。1969年到1972年美国人将5个Snap27同位素温差发电器成功地放在月面上作为月面科学仪器供电电源。
目前，常规的温差发电器的热电转换效率还不到10%。与其它化学和物理电源电源相比，温差发电器的效率确实还较低。但是，温差发电器具有其它电源尚不具备的优点，如寿命很长，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。1990年起，出于环境保护和经济可持续发展的需要，许多国家的政府和公司投入资金用于开发温差电技术，在全球范围内又一次掀起了研发这种绿色电源的热浪。
目前，RTG是月球表面和深太空航天器的首选电源。RTG也可以用作海上浮标、声纳的电源，或极地、边界的军用隐蔽电源、预警系统电源。天然气燃料温差发电器已经在世界许多国家的输油、输气管线、通讯网络上获得了应用。
2 分类
按使用的热源分类，温差发电器可分为放射性同位素温差发电器、核反应堆温差发电器、烃燃料温差发电器、低级热温差发电器等。
放射性同位素温差发电器(RTG)是将放射性同位素（如Pu-238, Sr-90,Po-210等）的衰变热能直接转换成电能的温差发电器。
温差发电片原理
温差发电片原理
温差发电片是一种能够将温差能转化为电能的装置，其原理基于热电效应。热电效应是指当两种不同导电性能材料的接触点处于不同温度时，会产生电动势。温差发电片利用这一原理，通过温差能够产生电能，具有广泛的应用前景。
首先，温差发电片由两种不同导电性能的材料组成，一种是P型半导体，另一种是N型半导体。当两种半导体材料接触形成PN结时，如果两侧温度不同，就会产生热电动势。这是因为温度不同导致了两种半导体材料的载流子浓度不同，从而产生了电势差。
其次，温差发电片中的热电效应可以通过“塞贝克效应”和“庞加莱效应”来解释。塞贝克效应是指在导体中，由于温度梯度引起的电子迁移，从而产生电势差。而庞加莱效应是指在半导体中，由于温度梯度引起的电子迁移和扩散，也会产生电势差。这两种效应共同作用下，使得温差发电片能够将温差转化为电能。
最后，温差发电片的工作原理是利用温度差异引起的电势差，通过连接外部电路，将产生的电能输出。在实际应用中，温差发电片可以利用环境中的温差能源，如太阳能、地热能等，将其转化为电能供给电子设备使用。这种技术在可穿戴设备、传感器、无线通信等领域都有着广泛的应用前景。
总之，温差发电片利用热电效应将温差能转化为电能，具有很高的能量转换效率和环境适应性。其原理基于热电效应，通过两种不同导电性能的半导体材料的接触，利用温度差异引起的电势差来产生电能。这种技术在能源利用和环保方面具有重要意义，未来有着广阔的发展前景。
热电半导体发电器和致冷器的应用前景
Ｔｏｔａｌ １０６ Ｎｏ．４ ２０１０ 铜 业 工 程
ＣＯＰＰＥＲ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ 总第１０６期 ２０１０年第４期
热电半导体发电器和致冷器的应用前景
郑艳丽，张卫华，杨梦春
（江西纳米克热电电子股份有限公司，江西南昌３３００９６）
摘要：本文介绍了温差发电器和热电致冷器的工作原理，阐述了热电半导体在热电发电和热电致冷方面产 业化的应用现状及前景，分析了热电发电器和热电致冷器产业化的研发方向。 关键词：热电材料；温差发电；热电致冷；应用 中图分类号：ＴＮ３７文献标识码：Ｃ文章编号：１００９—３８４２（２０１０）０４—００５９—０４
Ｔｈｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｐｏｗｅｒ ａｎｄ Ｃｏｏｌｉｎｇ Ｍｏｄｕｌｅｓ
ＺＨＥＮＧ Ｙａｎ—ｌｉ．ＺＨＡＮＧ Ｗｅｉ—ｈｕａ．ＹＡＮＧ Ｍｅｎｇ—ｃｈｕｎ
（Ｔｈｅｒｍｏｎａｍｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ（Ｊｉａｎｇｘｉ）Ｃｏｒｐ．，Ｌｔｄ．，Ｎａｎｃｈａｎｇ，Ｃｈｉｎａ ３３００９６）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｏｍｅ ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ ｏｆ ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｗｅｒ ａｎｄ ｃｏｏｌｉｎｇ ｍｏｄｕｌｅｓ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ ｓｔａｔｕｓ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａ— ｔｉｏｎ ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ ｏｆ ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｉｎ ｐｏｗｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｏｌｉｎｇ ａｒｅ ｅｌａｂｏｒａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ ｆｏｒ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｄｅｖｅｌｏｐ— ｍｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｗｅｒ ａｎｄ ｃｏｏｌｉｎｇ ａｒｅ ｅｘｐｌｏｒｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌｓ；ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｗｅｒ；ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｏｌｉｎｇ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ