（黑龙江工业学院电气与信息工程系 黑龙江鸡西 158100）
摘要：随着经济的发展，我国已经成为汽车大国。传统的内燃机汽车的发动机热效率偏低，尾气带走的热量高达40%左右，不仅造成能源浪费，还污染环境。新兴的温差发电技术能够实现对尾气余热能量回收利用，既节能又环保，具有重要的应用价值。基于温差发电原理，介绍温差发电器的结构，设计一种简单可控的温差发电器，回收利用汽车尾气余热，提高燃油利用率、减少尾气排放，具有一定的经济性和现实意义。
关键词：温差发电；汽车尾气；余热回收
1引言
汽车工业是我国国民经济的支柱产业之一。随着国民经济的不断发展，汽车工业快速发展。从2009年以来，我国已经成为世界汽车产销第一大国，同时也带来了一系列的环境、能源、噪声等问题。节能减排已成为我国汽车工业发展的市场和技术大势所趋[1]。目前，全球绝大部分汽车是燃油内燃机汽车。据了解，发动机中燃油燃烧产生的总能量不能有效利用，其中25％—30％转换为机械能，33％～35％的能量以尾气的形式损失，其余的为冷却液、机油损失和摩擦损失。由此可见，汽车尾气余热带走大部分能量，不仅导致能源浪费，还会造成严重的环境污染。因此，汽车尾气余热回收再利用成为国际上的研究热点，是未来汽车辅助动力系统的一个发展方向。
温差发电概念于20世纪60年代提出，是一种绿色环保可靠的发电技术，具有广泛的应用前景[2]。基于温差发电原理的汽车尾气余热热电发电技术，利用半导体热电材料，能够将汽车尾气中的低品位能源直接转换为电能。若能将温差发电技术用于汽车中，有望节约燃油20％，足以提供1辆中型汽车的电气用能[3]。这项研究不仅提高汽车燃油经济性，还能节约能源，减少尾气污染，具有很大发展潜力[4]。
2 温差发电的原理
塞贝克效应，又称热电第一效应，由德国物理学家塞贝克于1821年发现的，它是温差发电技术的理论基础[5]。塞贝克效应指出：将A、B两种不同半导体的一端结合在一起并使之处于高温状态（热端），而另一端开路且处于低温状态（冷端），则在冷端（T1）存在开路电压△V。温差发电是利用热电材料的塞贝克效应，将热能直接转换为电能的一种方法。将P型半导体和N型半导体在热端连接，则在冷端可得到一个电压，一个PN连结所能产生的电动势有限，将多个这样的PN连结串联起来就可得到足够的电压，成为一个温差发电机，如图1所示[6]。
汽车发动机运行时，尾气流经废气通道向外排出，其废热温度可高达600-650℃。废气通道箱通过储存发动机的排气余热，为热电模块提供高温，由此形成温差发电的热源。冷端接入循环冷却水。发动机冷却水不断循环流动，通过冷却水箱箱体时，能维持85℃的低温，温差发电的冷端因此形成。在热电模块的两端形成明显的温度差，产生电动势，因而将尾气中余热转化为热能。由于单个热电转换器件的转换功率很小，在温差发电装置中需要将热电转换器件进行串、并联组合，制成热电转换模块使用。半导体材料的生产已步入商业化阶段，价格合理，质量、性能等都可以保证，具有良好的综合社会经济效益[3]。采用当前市面上常用的SP1848-27145型热电模块。各模块间采取并联连接，所发电流经电信号传感器和放大电路处理后，接入恒流充电器，储存在蓄电池中。热电模块固定在发电器外壁，为了便于更换和检修，采用机械固定法，如图3所示。一条条矩形的热源管道外壁上布置有若干热电模块，模块的外侧设置了冷却水道，并用支架和弹簧压紧。
温差发电装置采用平板式结构，优点在于：热电模块不仅可以平铺在矩形废气通道箱体的上下表面（这一点是在模块在布置的数量上占有优势），同时便于冷却水箱体的布置。因为沿着流动方向排气管内的热流体温度在不断下降，为了获得最大的转换效率和输出功率，可将通道按流动的方向划分成若干温度区域，在不同的温区内设置不同的热电模块，使其工作在适当的温度下。
小结
基于半导体材料的温差发电原理，将尾气中的余热进行热电转换，可以实现对汽车尾气余热进行回收再利用。将温差发电技术应用于汽车尾气余热回收利用上，设计的温差发电器，具有简单可控，坚固耐用、无噪声、无磨损、体积小等特点。在提高燃油利用率、提高汽车经济性的同时，还可以减少温室效应，节能减排。随着温差发电技术的不断突破发展，热电转换效率的提高，利用尾气余热发电的温差发电装置将具有更大的现实意义。
参考文献：
[1]蒋小强，谢爱霞，丁锦宏，何武，李建莹.汽车尾气的余热发电及有效利用.电源技术，2016，40（6）：1280-1283
[2]冯平，温亚东，石俊，邓泽宇．浅谈温差发电的模拟实验及应用前景．机电信息，2013（21）：36-37
[3]刘广林，鹿院卫，吕鹏飞．汽车尾气热源半导体温差发电系统构想．节能，2011，30（1）：10-12
[4]王 宾，赵德龙，陶新良.汽车尾气余热温差发电技术研究进展与发展趋势.军事交通学院学报，2014，16（6）：77-80
[5]李影．基于汽车尾气余热回收的温差发电研究．硕士学位论文，电子科技大学，2010：1-25
[6]郭珣，邓亚东，苏楚奇，范韬．汽车排气废热温差发电技术研究．2009节能减排及新能源汽车技术论坛论文集．
[7]邓亚东，范韬，郭殉．汽车尾气温差发电装置及热电模块的布置研究．武汉理工大学学报（信息与管理工程版），2010，32（2）：265-267
作者简介：
田聪（1981-），女，黑龙江鸡西人，讲师，硕士，黑龙江工业学院，主要研究方向：机电一体化技术、电气工程、实验教学。
论文作者:田聪
论文发表刊物:《电力设备》2016年第22期
论文发表时间:2017/1/21
标签：温差论文; 余热论文; 热电论文; 尾气论文; 汽车尾气论文; 模块论文; 汽车论文; 《电力设备》2016年第22期论文;