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基于温差发电技术的节能环保燃气灶的研制 　　摘 要：目的：探讨节能环保燃气灶研制及应用。方法：将双灶头燃气灶的一侧按照节能环保燃气灶的设计方案改造，在两侧灶具内加入等重的水，加热相同时间。间隔30s记录两灶具水温、节能环内、外水箱温度、电流、电压。结果：普通燃气灶具内水温总和：7319.5℃，节能环保燃气灶具内水温总和：7592.9℃，二者总温差：273.4℃。节能环内水箱温度总和：7217.1℃；外水箱温度总和：5044℃，二者温差：2173.1℃；总电流：5.2021A，总电压：64.6515V，发电总量：0Wh。结论：节能环保燃气灶具有升温快、降温慢、热能利用率高、节能、环保、安全等特点。 　　关键词：温差发电；节能环；燃气灶 　　中图分类号：TM913 文献标识码：A 　　节能与环保是21世纪人类面临的严重问题。中国正处在持续发展的关键阶段，开发新能源和充分利用低品位能源、废能源具有重大意义。同时，通过节能可以节约大量燃料，对于降低我国在二氧化碳，二氧化硫和氮氧化物的排放都具有直接的影响。现有的燃气灶，热利用率较低，只是利用火焰上方热能，其火焰周围热能没有很好地利用，造成热能大量浪费。并且经常出现忘记关闭燃气灶开关造成糊锅的现象，有时甚至引发火灾。 　　本研究的目的在于解决现有技术的不足：（1）将传统燃气灶灶具支架升级改造为“节能环”；（2）增加预约定时火力控制功能；（3）充电、LED灯照明、音乐MP3播放功能。节能环的作用是：①将燃气灶的火焰外围热能储存；②利用温差发电技术将部分热能转变成电能，为燃气灶自身供电，并可以为家用小电器充电，多余电能通过蓄电池储存。预约定时火力控制功能：利用多通道定时器、电磁阀分别定时控制燃气灶火力大小，到时自动关闭燃气灶，增加燃气灶的安全性。LED灯照明、MP3播放音乐增加操作者的舒适性及乐趣。 　　1.材料与方法 　　1.1 一般资料 　　采用双灶头燃气灶，将一侧灶头按照节能环保燃气灶的设计方案改造。节能环规格：315*315*40mm，形状为内圆外方。节能环的主要结构：内、外两层不相通水箱中间夹有温差发电片，温差发电片两侧分别涂匀导热硅脂。节能环4面共用温差发电片26片，温差发电片采用串联。半导体温差发电片型号：SP1848-27145-SA。 　　1.2 方法 　　节能环保燃气灶的设计：其内部结构与外部形态如图1、图2所示。燃气灶主要由灶体（1）、节能环（2）两部分组成，节能环主要由内水箱（3）、温差发电片（4）及外水箱（5）组成，内、外两层水箱分别连接进水管（11）、（13）及出水管（12）、（14）。内、外水箱内分别设有温度传感器（6）、（7），内层水箱还设有通气孔（19），内层水箱（3）内面设有灶具支架（18），使灶具（17）与内层水箱（3）之间存在间隙，灶具与火焰接触面更大，可以更好地吸收热能。内水箱（3）为热水箱，外水箱（5）为冷水箱，内、外水箱的温差使温差发电片产生电能，通过升压、稳压控制电路板（9）为蓄电池（10）充电，然后通过负载开关（8）控制LED灯（15）、音乐MP3（16）。燃气灶还设有火力控制开关（20）、定时开关（21）。 　　内、外水箱由于存在温度差不恒定，半导体温差发电模块产生的压差也不稳定，不能满足蓄电池充电电路的要求。为此，首先须对电压进行稳压处理，然后用稳定的电压给蓄电池充电电路提供电能。下面具体分析温差发电片为蓄电池充电、负载供电的工作原理。如图3所示。 　　将相同的两个灶具内加入相同重量水2200mL，相同火力加热1200s，关火继续监测1800s。间隔30s记录两灶具水温、节能环内、外水箱温度、电流、电压。并计算出3000s温差发电总量。具体实验数据如图4所示。 　　2.结果 　　普通燃气灶具内水温总和：7319.5℃，节能环保燃气灶具内水温总和：7592.9℃，二者总温差：273.4℃。二者温差270s达到最大20.3℃，630s～1200s二者温度最高达到平衡。1200s关闭燃气灶，两灶具内水温开始缓慢下降，3000s，二者温差达3.2℃；节能环内水箱温度总和：7217.1℃；外水箱温度总和：5044℃，二者温差：2173.1℃；总电流：5.2021A，总电压：64.6515V，发电总量：0Wh。后面温差逐步减小，发电量较少，没有继续监测。 　　3.讨论 　　国际上，美、日两国是目前对热电材料与工程研究投入最多的国家之一。国内对半导体致冷现象和应用研究具有一定水平。温差发电技术目前主要用于油田、野外、军事等领域。该项目的另一市场化领域在于将发电装置用于太阳能、地热、工业废能等的利用，使热能直接转化为电能。 　　热电现象本身是可逆的，温差发电和半导体致冷是热