一、温差发电器的概述
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。由于半导体的温差电动势较大因此大都用它来制作温差发电器，它是一种新型的电子器件，无噪音、无污染、能量可高效转换的特点，预示着一场制冷技术革命的开始，温差发电，因为在我们的周围有着太多的“余热”可以利用，废汽热、废水热、废火热、太阳热等等；在能源日益紧张的今天，我们温差发电的愿望更加强烈。它的出现使任意相态的物质、任意局部环境的温度的智能化、数字化、程序化控制，成为可能。想冷，即冷；想热，即热。温度的控制，对于我们随心所欲。
温差发电器
二、温差发电器的主要分类
1、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。
2、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。
3、核反应堆温差发电器是将原子能反应堆中燃料裂变产生的热能直接转换成电能的温差发电器。
4、烃燃料温差发电器，燃烧气体烃燃料或液体烃燃料产生的热能直接转换成电能的温差发电器。
5、低级热温差发电器，将各种形式的低温热能（包括余热、废热）直接转换成电能的温差发电器。
6、按工作温度来分类，温差发电器可分为高温温差发电器、中温差发电器和低温温差发电器三大类。高温温差发电器，其热面工作温度一般在700℃以上，使用的典型温差电材料是硅锗合金（SiGe）;中温温差发电器，其热面工作温度一般在400℃～500℃，使用的典型温差电材料是碲化铅（PbTe）; 低温温差电器， 其热面工作温度一般在400℃以下，使用的典型温差电材料是碲化铋（Bi2Te3）。
三、温差发电器的工作原理
1、温差发电器是利用塞贝克效应，将热能直接转换成电能的一种发电器件。将一个p型温差电元件和一个n型温差电元件在热端用金属导体电极连接起来，在其冷端分别连接冷端电极，就构成一个温差电单体或单偶。在温差电单体开路端接入电阻为RL的外负载，如果温差电单体的热面输入热流，在温差电单体热端和冷端之间建立了温差，则将会有电流流经电路，负载上将得到电功率I2RL，因而得到了热能直接转换为电能的发电器。
2、当发电器工作时，为保持热接头和冷接头之间有一定的温度差，应不断地对热接头供热，而从冷接头不断排热。热接头所供给的部分热量被作为珀尔帖热吸收了，另一部分则通过热传导传向冷接头。排出的热量应为冷接头放出的珀尔帖热和从热接头传导来的热量之和。对于上述接头的热平衡，还应加上汤姆逊热和被导体释放的焦耳热。设在系统中所产生的焦耳热I2Ri中有一半传到热端，另一半由冷端放出，热源所消耗的热量是珀尔帖热Ph、由于热传递迁移到冷端的热PT和交还给热源的焦耳热 三部分组成， 即为温差电单体的热电转换效率是有用功率与热源所消耗的热量之比。要想得到优值高的温差电材料，只有提高其塞贝克系数和电导率，降低其热导率。但是塞贝克系数、电导率和热导率都在不同程度上依赖于载流子浓度和迁移率，互相是关联的。
余热温差发电装置原理示意图
四、温差发电器的主要应用
航天方面：美国自1961年起在二十多项空间任务中使用同位素温差发电器做电源。这些同位素温差发电器的输出电功率从2.7W到300W,质量从2kg到34kg,最高效率已达6.7%,最高质量比功率已达5.2W/kg, 设计寿命为5年。例如著名的阿波罗登月计划、飞向外层行星的旅游者、海盗号火星着陆器、伽利略飞船等都使用了同位素温差发电器。1997年10月，美国成功地发射了探测土星的卡西尼行星际飞船，有3个同位素温差发电器作电源。2006年1月，发射了探测冥王星的新视野号飞船，用1个RTG作电源。目前, 这些同位素温差发电器的使用寿命都超过19年，有的已经工作30多年。
日常方面：同位素温差发电器在地面和海洋开发中应用也日益增多。现已使用的同位素温差发电器功率范围在几毫瓦到数百瓦、上千瓦。主要用于灯塔、航标、海底声纳、海底微波中继站、自动气象站和地震测试站电源。
军事方面：美军研制了前沿阵地使用的机动性高、无声、质量轻、能无人维护长期运行的液体燃料温差发电器，供夜视装置、雷达、导航设备、电台和指挥系统使用。这种发电器可使用柴油、汽油等多种液体燃料，功率从几十瓦到一千瓦，可便携或可作车载辅助电源。加拿大环球温差电公司生产的燃气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。
环保方面：在低级热利用方面，温差发电器也很有前途。低级热，包括工业废热、垃圾燃烧热、汽车排气管的余热、太阳热、地热、海洋热能等，热源的温度范围宽广。采用温差发电技术大规模利用低级热，可以开发出结构简单、维护少，而且是无公害的干净能源。很多专家认为，温差发电器利用这些热能，可直接产生低压大电流，如用于电解水制氢，是最好的低峰储能方式之一。
五、温差发电器的使用维护
1、热面温度的维持和控制，如温差发电器的热面温度过高，焊接接头容易脱落，某些温差电材料的升华率也急剧增加，极易引起温差发电器失效。所以温差发电器的热面温度应当控制和维持在额定温度以下。温差发电器(RTG)加入同位素燃料后，热面温度将不可控地达到一定值。因此，温差发电器(RTG)的设计就应当保证其在加燃料运行时热面温度不会高于允许温度值。由于温差发电器内部温度场对环境温度的变化很敏感。当环境温度升高时，热面温度和冷面温度都会增高，必须采取措施，创造有利的散热条件，将热面温度和冷面温度降低至合理的温度范围。例如，温差发电器(RTG)发射和着陆以前，又如执行月面任务，特别是月昼，要充分考虑和解决其散热问题。
2、电源控制器，对于一定功率的温差发电器，由于工艺原因，温差电元件的尺寸不可能很细很长，温差电换能器中温差电单体对数也不可能任意增加。因此，一般来说，温差发电器的开路电压比较低。若用电器需要高电压供电，必须设计和使用与之匹配的升压器。温差发电器的伏安特性呈线性,与太阳电池、化学电池不同，而且其输出特性对环境温度的变化很敏感，电源控制器的设计应当充分考虑到这些因素。珀尔帖效应可以消耗温差发电器的输入热量，降低其热面温度。因此，空间应用的温差发电器，在着落前，即发射、变轨、轨道等阶段，处于短路状态较为有利。
以上是温差发电器的概述、温差发电器的主要分类、温差发电器的工作原理和温差发电器的主要应用和温差发电器的使用维护内容，这些都是温差发电器的基本知识，希望能对广大工程师有比较大的帮助和借鉴作用。
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