1.1.2 课题的研究意义

在钢铁锻造及化工生产等产业中，往往会把多余的热量浪费。鉴于此，我们 可以通过一定的技术手段把多余的热量转换使用，该猜想的提出很大程度上响应 了当下的大力发展绿色能源的口号，研究半导体温差发电技术在新能源和节能减 排中具有前瞻性的研究意义。

然而，对于材料制备等方面的原因，当前针对半导体温差发电技术能量转换 的不稳定，以及现在主流使用不可再生能源的趋势，导致采用温差发电技术得不 到大力发展。于是，基于稳定输出性能的有效指标这一原则，研究半导体温差发 电技术作用到具体问题上就具有相当实用的价值。

综上，本文将着重围绕半导体温差发电装置的设计和调节稳定输出这两条主 线，通过理论学习，实验研究和数据分析等研究手段，开展对半导体温差发电装 置的设计与可持续输出进行实验，并思考进一步完善的可靠方法。

1.2 温差发电技术的发展进程

1940-1949 年温差发电技术开始问世，经过 20 年的研究达到了一定高度， 其研究成果在航天器上得以应用。美国能源部把温差发电技术称为结构相对简单 便捷，工作寿命长，不受环境条件限制的技术[1]。当前， 欧美及东亚等发达国家 已经逐渐把温差发电技术的发展研究计划为国家的中长期能源研究计划中。美国 对于温差发电技术的研究主要着重军工、航天技术和智能家电技术的应用；日本 对于温差发电技术的研究主要为热能转换，特别是陶瓷材料的温差发电方面研究 有显著的优势；欧盟的研究主要偏于小功率电源的设计、传感器以及纳米技术的 研发。中国在半导体温差制冷方面的理论和产品研究具有一定的基础，但是温差 发电技术的研究程度相比其他发达国家还有一定差距[2][3]。自 1942 年由前苏联研 究的温差发电机问世以来，温差发电机技术逐渐在各个领域开始应用，例如作为 远距离通讯及民用电子设备的使用，主要由于其性能稳定、使用寿命长等特点在 输送电困难的偏远山区扮演着重要角色，具体应用为：工作在沙漠区域的微波中 继站电源、远程无线电接收设备以及自动天气预报装置的部件、郊区指示灯供电、 油管的阴极保护等[4][5][6]。中国厦门大学对半导体温差发电片输出电压/效率与冷 热两端温差的关系进行了分析研究，并基于上述分析设计了由半导体温差发电片 转换的电压作为输出的锂离子蓄电池充电设备[9]。文献综述

1.3 本文主要研究的内容

在上述章节里详细讨论了半导体温差发电技术研究背景、意义及现状，本文 以电加热器利用半导体温差发电片及散热器件为研究对象，通过理论学习，实验 研究和记录数据的方式，对半导体温差发电装置的设计及稳定输出做出相关工作。 具体内容介绍如下：

（1）第二章主要介绍半导体温差发电的热电效应的基本原理，分析各热电效 应之间的关系，详细概括整个热电效应之间的具体转换过程。在此基础上，提出 整个半导体温差发电装置的设计方案模型，并详细介绍该模型的具体工作过程及 作用。本章是半导体温差发电技术研究及装置设计的理论基础。

（2）第三章主要介绍以半导体温差发电片为研究对象，研究半导体温差发电 片的理论模型，以及综合性能，经济等方面因素考虑半导体温差发电片型号。

（3）第四章主要介绍为半导体器件提供热源的电加热器件；以及散热器件的

理论分析，通过性能分析和总体设计方案的匹配，选择合适的散热器件。