我一直想做個(gè)斯特林發(fā)動(dòng)機，可惜復雜度略高。不過(guò)這個(gè)溫差發(fā)電的小風(fēng)扇很簡(jiǎn)單，適合在一個(gè)周末里搞定。

 

 

溫差發(fā)電依靠帕耳帖效應，這種效應常用于cpu散熱器和袖珍冰箱里的半導體制冷片上。通常使用時(shí)我們給制冷片施加電流，一面就會(huì )變熱而另一面變冷。但是這個(gè)效應也可以反過(guò)來(lái)：只要制冷片兩端有溫差就會(huì )產(chǎn)生電壓。

 

 

不同的金屬導體（或半導體）具有不同的自由電子密度（或載流子密度），當兩種不同的金屬導體相互接觸時(shí)，在接觸面上的電子就會(huì )由高濃度向低濃度擴散。而電子的擴散速率與接觸區的溫度成正比，所以只要維持兩金屬間的溫差，就能使電子持續擴散，在兩塊金屬的另兩個(gè)端點(diǎn)形成穩定的電壓。由此產(chǎn)生的電壓通常每開(kāi)爾文溫差只有幾微伏。這種塞貝克效應通常應用于熱電偶，用來(lái)直接測量溫差。

 

一個(gè)溫差發(fā)電電路由兩種賽貝克系數不同的材料接觸構成(比如P型半導體和N型半導體)。如果沒(méi)有負載，電路中不會(huì )有電流但是兩端會(huì )有電動(dòng)勢，這時(shí)候它以檢測溫度的熱電偶方式工作。（圖片來(lái)源：wikipedia.org）

 

帕爾貼效應是塞貝克效應的逆效應，可以產(chǎn)生在兩種不同金屬的交界面，或者一種多相材料的不同相界間，也可以產(chǎn)生在非勻質(zhì)導體的不同濃度梯度范圍內。當對上述三種材料通入電流時(shí)，金屬1會(huì )對金屬2或相1對相2，或濃度點(diǎn)C1與C2間產(chǎn)生放熱或吸熱反應。簡(jiǎn)而言之，當在兩種金屬（或半導體）回路上施加電壓通入電流后，不同金屬的接觸點(diǎn)會(huì )有一個(gè)溫差。

 

利用塞貝克效應的熱電制冷器電路圖。（圖片來(lái)源：wikipedia.org）

 

由于半導體溫差電材料的品質(zhì)因數比金屬的高得多，所以有實(shí)用價(jià)值的溫差電材料都是用半導體材料制成的。帕爾貼器件是利用半導體的帕爾貼效應制冷的器件，實(shí)用的半導體制冷器由很多對熱電元件經(jīng)并聯(lián)、串聯(lián)組合而成，也稱(chēng)熱電堆。單級熱電堆可得到大約60℃的溫差。熱電堆也可根據塞貝克效應工作把熱能（即內能）轉化為電能進(jìn)行溫差發(fā)電。當溫差電堆兩端處于不同溫度時(shí)，就會(huì )產(chǎn)生電動(dòng)勢，可以輸出功率。

 

 

 

 

 

 

 

制作過(guò)程很簡(jiǎn)單，大多數部件直接在網(wǎng)上買(mǎi)最便宜的就行。最大的花費是那個(gè)12cm大的熱管散熱器，價(jià)值20美元。但是它附帶了大部分能直接應用的安裝配件和配套螺絲，沒(méi)有這些配件會(huì )帶來(lái)很多麻煩。
 

 

溫差發(fā)電機的構成（查看大圖）

 

半導體制冷片來(lái)自一家本地店鋪（因為我想盡早拿到周末開(kāi)工）?？梢再I(mǎi)到適應更高溫度的溫差發(fā)電專(zhuān)用片（黑貴?。?，不過(guò)大多數情況下不太需要，熱源不過(guò)是壁爐和開(kāi)水的程度。

 

制冷片大約能產(chǎn)生1.5～3V的電壓，提供的能量也不大。Radio Shack的小電機很合適（3美元）。用作風(fēng)扇的是一個(gè)遙控飛機的螺旋槳，安裝時(shí)稍費了一些力。

 

底板的原材料是1/8英寸厚的鋁板，用鋼鋸鋸下需要的尺寸然后打磨邊緣就好。

 

制作的時(shí)候不怎么需要計劃和圖紙，因為你只需要把一疊材料對齊夾住，然后在差不多的地方鉆出螺絲孔就好，一只手也能勝任。有些手工誤差都不打緊。也許你愿意把孔的位置角度都規劃對齊，但是我覺(jué)得越簡(jiǎn)單越好。

 

我給電機做了一個(gè)小支架，這樣風(fēng)扇離頂部的熱管散熱片更近，能更好地幫助散熱。

 

整個(gè)風(fēng)扇的底座是一個(gè)奔騰II的散熱器。它有兩個(gè)作用，一是支撐風(fēng)扇，二是收集熱量在半導體制冷片的兩面制造溫差。

 

 

 

第一次運行的時(shí)候，頂部的熱管散熱片只是稍微溫暖。這個(gè)風(fēng)扇的散熱效率比買(mǎi)來(lái)的EcoFan更好，可以在爐子前面正常工作。

 

這就是幾個(gè)小時(shí)之后的成果，祝制作愉快！

 

本文來(lái)源于果殼網(wǎng)。