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热电偶技术的温差直接发电应用
点击次数:591 发布时间:2015-10-10

1.基于热电偶技术的温差直接发电技术与光电
传感器串联制成光伏阵列相类似, 利用热电偶传感器测温原理, 将热电偶串联产生的热电势转换为电能。研究结果表明,一定范围内,增大导体的横截面积(即导体直径)或减小导体长度可提高热电偶的热电动势。但是导体长度太短会减小工作端和自由端的距离, 从而使温差无法拉大, 反而不利于产生较大的热电动势。所以, 在恰当范围内选取合适的导体长度才可使热电动势达到zui大。其他条件不变时, 增加补偿导线会提高热电动势大小, 而且*。
太阳能热电偶发电采用多组热电偶串并联的方式形成的发电组件, 在热端用聚光集热法利用太阳能集中加热, 提高热电动势的输出。热电偶的热电动势可以根据中间温度定律和参考分度表进行估算。热电偶正向串联时可获得较高热电动势。串联技术中, 一般只能采用同一分度号的热电偶, 且将参考端处于同一温度下。热电偶正向串联结构如图 2 所示,其热电动势的输出等于各热电动势输出之和:εo=ε1+ε2+ …+εn

2.研究现状与存在的问题
目前, 热电偶已被广泛应用于温度检测, 它是工业生产中zui常用的温度检测元件之一。热电偶温度测量宽度广, 可直接测量 -200 ~ 1 300 ℃范围内的温度。热电偶将温度转化为电信号的特征使其适用于温度测量和监控, 远距离测量和自动控制等方面。随着低维材料技术的发展和对测温要求的提高, 出现了薄膜热电偶, 其快速响应特性为测量瞬变温度提供了可能。2009 年韩国学者研究结果表明:薄膜热电偶温度传感器存在尺寸效应, 薄膜厚度决定传感器的响应速率和灵敏度等重要特性。2010 年, 中国飞机强度研究所利用溅射薄膜热电偶对非金属结构表面瞬态温度进行了研究, 为薄膜热电偶用于高温应变的测量提供了理论基础。在温差直接发电技术方面, 一些微型温差发电装置已经商品化。日本用 BiTe 为材料, 研制成可利用人体温发电的手表电池, 利用人体皮肤表面与环境的温差, 通过微型温差发电器将热能转换为电能 1K 的温差可产生20 mV 的电压 。微小型半导体温差发电器还可用在生物医学中, 作为心脏起搏器的电源等。
目前, 热电偶技术在温差直接发电应用上还存在一定的问题。首先, 热电偶存在不稳定性。
热电偶技术中, 内部结构应力和晶格不均匀性以及热电偶电极材料的不均匀性将导致热电偶产生一个附加的热电势。在工业中, 这种附加误差热电动势可以达到 20 ℃。其次, 现有热电直接转换技术存在的局限性。热电技术在兆瓦级发电方面性能较低、 欠成熟、 成本高。研究表明, 现有热电材料对热电发电机的性能改进有限, 必须将 ZT 因子提高至2 才能使热电技术有较大规模的商业应用。此外, 其他一些因素也影响着热电偶发电技术的应用, 如热电偶自身的不稳定性(其中包括热电偶的脆化, 氧化还原反应等), 传热影响等。热电偶所产生的热电动势很小, 必须大量串联才可发电, 所以技术成本也会提高。

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