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[摘 要]本产品将饮用水从沸点降到室温的温差，经温差发电片，将剩余的热能转化成电能，储存在锂电池中，从而实现能量回收利用以及绿色环保的目的。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，因而得到了将热能直接转换为电能的发电器。为获得稳定的电压输出，在温差发电器后链接升压器、稳压器，使负载获得稳定的输入。采用自制新型保温杯，杯体主要为不锈钢材质，加快饮水降温速率，夹层为填充聚苯乙烯、真空隔热层或其他隔热保温材料，提高水杯的保温效果，不致热量流失浪费，从而达到热能的充分利用。该水杯不但回收利用了开水降温过程中本要白白散失的热量，达到了合理节能的目的，而且在发电片利用温差发电时又提高了降温速率，节约时间，方便了人们的生活，意义重大。
[关键词]半导体温差发电；提高降温速率；稳压储能；节能节时
中图分类号：TM913 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）44-0274-01
1.研究背景
目前，关于温差发电项目的研究在国内外均有展开，主要以提高输出功率和使用寿命为目的，在太阳能发电，工业余热发电等大型设备上均有所应用。而在日常生活用品中，温差发电的应用还寥寥无几，但要把节能做到生活中，其中效益不容小觑。
据路透社报道，中国是全球最大的煤炭进口国，年进口量达到1.9亿吨，而应用温差发电水杯，一人每年节省能源就相当于200kg煤炭。并且煤炭燃烧所带来的环境污染，更需要大支出长时间的治理。将温差发电水杯应用于生活不仅实现能节能减排，而且能创造出新的经济效益，对于我国建设节能环保型社会具有较高的社会价值和经济价值。
2.结构设计
2.1 杯身结构设计
杯体整体呈五棱柱形状。且由杯身、杯盖、杯底装置三部分组成。
杯身为双层结构，即为上述内壁、外壁。二者材质均为不锈钢，且在瓶口处焊接。内壁与外壁之间固定有温差发电片，分别与内壁和外壁相贴合；为了让吸热面受热均匀，充分利用热量，且不损坏温差发电片，通过使用导热硅脂，将温差发电片的一面，即受热面，固定在内壁上。
为了隔绝热端与冷端之间的热传导和温差发电片两面的温差，提高转化效率。杯体还增设了保温隔热层，保温隔热层为聚苯乙烯、真空隔热层或其他隔热保温材料。它填充在内壁与外壁之间，用于起到隔热和保温的作用。
杯盖不做特殊处理，即为普通保温杯杯盖构造，起到不使热量从杯口散失的作用。
杯底为电路处理部分提供空间，内含DC-DC 锂电升压模块 及USB输出端口。
2.2 水杯各个壁面的电路设计布置
在内、外壁之间贴有温差发电片。每个壁面贴有4个发电片，一共5个壁面。
为了得到更大的输出电压与负载电流，提高发电功率，温差片采用串并联结合的连接方式。
发电片的吸热面（热端）朝里，散热面（冷端）朝外。为了让吸热面受热均匀，充分利用热量，且不损坏发电片，吸热面通过使用导热硅脂黏贴在内壁上。而发电片的两面是平面，这就是温差发电杯为何一改往日圆柱形构造，换以方体的原因。散热面紧邻外壁，外壁外层紧邻散热铝片，这是为了及时导走热量，保持发电片两面的温差，以起到较好的温电转化效率。杯壁结构如图1所示：
杯身的每一个壁面安装4个温差发电片，采用串并联结合的方式。发电片在不同温差条件下的发电能力不同：在温差为70度时发电电压大约为2 V，温差在20度时的发电电压大约为0.97V，为了获得与DC-DC锂电升压模块匹配的输入电压，我们将每一个壁面中的温差发电片以4个为一组进行串联连接，使得不论杯内的水处于何种温度，发电片发出的电压都在升压模块的额定输入电压范围内。为了得到较大的负载电流我们将每组发电片进行并联连接。
2.3 杯底升压储电装置
杯底为电路处理部分，主要材质使用聚丙烯（热塑性树脂），可防漏电。杯底内部含有DC-DC升压模块 及USB输出端口。如图2，发电片产生的电流经升压片与稳压管后，由USB端口输出。该输出电压约在5V左右，可连接充电宝、手机、充电台灯等用电设备。
4 创新点及应用
本设计利用热水与室内环境在温差发电片的受热面与受冷面形成的温差来进行发电，在提高日常饮水的降温速率以及合理利用热水降温过程中散失的热量方面效果理想。在热电转换的过程中，利用温差发电片提高的转化速率，也使得热水温度下降到室温所用的时间缩短。新型杯体的特殊结构构造以及相应的材料的应用，使得产品的可靠性以及高效性有了大步提高。
参考文献
[1] 高敏，张景韶，D M ROWE.温差电转换及其应用[M].兵器工业出版社，1996.
[2] 谢红主编.模拟电子技术基础[M].哈尔滨工程大学出版社，2000-4-5.
[3] 谭福奎.温差发电演示仪的制作[B].黔西南民族师范高等专科学校学报，2007，6（2）：97-98.
[关键词]半导体温差发电；提高降温速率；稳压储能；节能节时
中图分类号：TM913 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）44-0274-01
1.研究背景
目前，关于温差发电项目的研究在国内外均有展开，主要以提高输出功率和使用寿命为目的，在太阳能发电，工业余热发电等大型设备上均有所应用。而在日常生活用品中，温差发电的应用还寥寥无几，但要把节能做到生活中，其中效益不容小觑。
据路透社报道，中国是全球最大的煤炭进口国，年进口量达到1.9亿吨，而应用温差发电水杯，一人每年节省能源就相当于200kg煤炭。并且煤炭燃烧所带来的环境污染，更需要大支出长时间的治理。将温差发电水杯应用于生活不仅实现能节能减排，而且能创造出新的经济效益，对于我国建设节能环保型社会具有较高的社会价值和经济价值。
2.结构设计
2.1 杯身结构设计
杯体整体呈五棱柱形状。且由杯身、杯盖、杯底装置三部分组成。
杯身为双层结构，即为上述内壁、外壁。二者材质均为不锈钢，且在瓶口处焊接。内壁与外壁之间固定有温差发电片，分别与内壁和外壁相贴合；为了让吸热面受热均匀，充分利用热量，且不损坏温差发电片，通过使用导热硅脂，将温差发电片的一面，即受热面，固定在内壁上。
为了隔绝热端与冷端之间的热传导和温差发电片两面的温差，提高转化效率。杯体还增设了保温隔热层，保温隔热层为聚苯乙烯、真空隔热层或其他隔热保温材料。它填充在内壁与外壁之间，用于起到隔热和保温的作用。
杯盖不做特殊处理，即为普通保温杯杯盖构造，起到不使热量从杯口散失的作用。
杯底为电路处理部分提供空间，内含DC-DC 锂电升压模块 及USB输出端口。
2.2 水杯各个壁面的电路设计布置
在内、外壁之间贴有温差发电片。每个壁面贴有4个发电片，一共5个壁面。
为了得到更大的输出电压与负载电流，提高发电功率，温差片采用串并联结合的连接方式。
发电片的吸热面（热端）朝里，散热面（冷端）朝外。为了让吸热面受热均匀，充分利用热量，且不损坏发电片，吸热面通过使用导热硅脂黏贴在内壁上。而发电片的两面是平面，这就是温差发电杯为何一改往日圆柱形构造，换以方体的原因。散热面紧邻外壁，外壁外层紧邻散热铝片，这是为了及时导走热量，保持发电片两面的温差，以起到较好的温电转化效率。杯壁结构如图1所示：
杯身的每一个壁面安装4个温差发电片，采用串并联结合的方式。发电片在不同温差条件下的发电能力不同：在温差为70度时发电电压大约为2 V，温差在20度时的发电电压大约为0.97V，为了获得与DC-DC锂电升压模块匹配的输入电压，我们将每一个壁面中的温差发电片以4个为一组进行串联连接，使得不论杯内的水处于何种温度，发电片发出的电压都在升压模块的额定输入电压范围内。为了得到较大的负载电流我们将每组发电片进行并联连接。
2.3 杯底升压储电装置
杯底为电路处理部分，主要材质使用聚丙烯（热塑性树脂），可防漏电。杯底内部含有DC-DC升压模块 及USB输出端口。如图2，发电片产生的电流经升压片与稳压管后，由USB端口输出。该输出电压约在5V左右，可连接充电宝、手机、充电台灯等用电设备。
4 创新点及应用
本设计利用热水与室内环境在温差发电片的受热面与受冷面形成的温差来进行发电，在提高日常饮水的降温速率以及合理利用热水降温过程中散失的热量方面效果理想。在热电转换的过程中，利用温差发电片提高的转化速率，也使得热水温度下降到室温所用的时间缩短。新型杯体的特殊结构构造以及相应的材料的应用，使得产品的可靠性以及高效性有了大步提高。
参考文献
[1] 高敏，张景韶，D M ROWE.温差电转换及其应用[M].兵器工业出版社，1996.
[2] 谢红主编.模拟电子技术基础[M].哈尔滨工程大学出版社，2000-4-5.
[3] 谭福奎.温差发电演示仪的制作[B].黔西南民族师范高等专科学校学报，2007，6（2）：97-98.