本文格式為Word版，下載可任意編輯——切削加工中切削熱的利用在金屬切削過程中,刀具與工件基體和切屑之間的摩擦,擠壓將會(huì)產(chǎn)生大量的熱,引起刀具磨損并降低刀具的壽命,例如加工鈦合金時(shí)，切削產(chǎn)生的熱量不易傳出，導(dǎo)致刀具磨損，因此必需采取相應(yīng)的措施降低切削溫度。目前大都采用切削液，但是會(huì)造成污染。假使能夠利用起來不僅有利于切削而且儉約了能源。目前凡是利用熱能來發(fā)電的，都是先把熱能轉(zhuǎn)化機(jī)械能再轉(zhuǎn)化為電能，設(shè)備繁雜，成本高，熱效率低，嚴(yán)重污染環(huán)境。因此可以設(shè)計(jì)一種熱發(fā)電機(jī)（由熱能直接轉(zhuǎn)化為電能），利用身邊的熱源直接發(fā)電，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的小型化，提高熱效率，也便于普及。

自1864年塞貝克發(fā)現(xiàn)熱的溫差電現(xiàn)象后，人們一直想利用此現(xiàn)象來研制一種由熱能直接轉(zhuǎn)化為電能的機(jī)器，但至今還是沒有成為現(xiàn)實(shí)。根據(jù)電流的熱效應(yīng)及塞貝克效應(yīng)：在電流的熱效應(yīng)中，電源把自身的電動(dòng)勢加在導(dǎo)體兩端時(shí)，向?qū)w中不斷提供高電動(dòng)勢的自由電子，這樣這些高電動(dòng)勢的自由電子在電場力的作用下，電子的電勢能逐漸轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為熱能。而在塞貝克效應(yīng)中是由于兩種金屬在接觸面處熱電子濃度不一，多數(shù)熱電子在接觸面處的相互遷移，由此建立了一個(gè)接觸電勢差，最終靠少數(shù)熱電子在電場中的漂移來形成電流。但在塞貝克效應(yīng)中的電場是靠兩金屬中濃度不一的多數(shù)熱電子相互擴(kuò)散遷移形成的，當(dāng)溫度升高，兩金屬中熱電子濃度都會(huì)增大，但它們之差值的增值相比之下就要小得多，由此所形成的電場是十分微弱的，當(dāng)這種外在因素受到某種程度上的限制時(shí)，這種能量的交換變得更加緩慢，多數(shù)的熱電子已參與相互遷移形成電場去了，只有少數(shù)的熱電子在如此微弱的電場中發(fā)生漂移。參與形成電流的熱電子數(shù)量也受到限制。由于受諸多原因的制約，要想利用塞貝克效應(yīng)來大規(guī)模發(fā)電，理論上可行，實(shí)際中就很難實(shí)現(xiàn)了，所以要想研制出這種由熱能直接轉(zhuǎn)化為電能的熱發(fā)電機(jī)，可能要另辟蹊徑了。

在現(xiàn)實(shí)生活當(dāng)中，有些非金屬氧化物（如碳酸鈣）加熱到一定程度時(shí)，會(huì)有熱電子從它表面逸出形成游離態(tài)的自由電子，此現(xiàn)象實(shí)際上是一種由熱能直接轉(zhuǎn)化為電能的現(xiàn)象，利用此現(xiàn)象是可用來發(fā)電的，假使讓這種具有發(fā)射熱電子的非金屬氧化物處于電場中，使從中逸出的熱電子在電場力的作用下，作加速運(yùn)動(dòng)，被一塊電子收集板收集，這樣這塊電子收集板就收集了大量的多余的電子，多余的電子經(jīng)外電路用電器再回到熱電子發(fā)射物中，形成電流的回路，從而可以實(shí)現(xiàn)由熱能直接轉(zhuǎn)化為電能。

熱發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)包括燒瓶狀的受熱體，絕緣導(dǎo)熱膜，導(dǎo)電網(wǎng)，附著在導(dǎo)電網(wǎng)上的熱電子發(fā)射物，電子收集板，排氣閥，提供鼓舞電場的鼓舞源等。其中受熱體是一個(gè)含有空腔的密閉形殼體，殼體的頂部是排氣孔，可以將空腔隨時(shí)抽成真空，空腔的中央內(nèi)是電子收集板，鼓舞源的正負(fù)極可通過引線分別與電子收集板和受熱體相連，這樣在它們兩者圍成的空間中形成一個(gè)加速電場，便于能量的交換；殼體側(cè)表面緊貼一層絕緣導(dǎo)熱膜，絕緣導(dǎo)熱膜上是附著有熱電子發(fā)射物的導(dǎo)電網(wǎng)；對外供電時(shí)分別由導(dǎo)電網(wǎng)和電子收集板經(jīng)引線導(dǎo)出，這樣電子收集板即是鼓舞源的正極又是對外供電電源的負(fù)極，它們的另一極也被絕緣導(dǎo)熱膜隔開，互不干擾。

通過某種導(dǎo)熱裝置可以把刀具上的熱量傳遞至受熱體，然后由絕緣導(dǎo)熱膜經(jīng)導(dǎo)電網(wǎng)傳遞給熱電子發(fā)射物，當(dāng)溫度升高到一定的程度時(shí)，就會(huì)有大量的熱電子戰(zhàn)勝原子核的束縛從其表面逸出形成游離態(tài)的熱電子，這些游離態(tài)的熱電子正好處在電勢低的位置，因此剛逸出的熱電子具有較高的電勢能，在電場力的作用下，高電勢能逐漸轉(zhuǎn)化為電子的動(dòng)能。熱電子在電場力作用下獲得的動(dòng)能是熱電子發(fā)射物受熱激發(fā)后，由熱能轉(zhuǎn)化為電勢能，再在電場力的作用下轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的。中性的熱電子發(fā)射物是沒有電勢能的，只有受熱激發(fā)后，逸出表面的游離態(tài)的熱電子才具有電勢能。電子的電勢能轉(zhuǎn)化為電子的動(dòng)能是靠電場力做功來實(shí)現(xiàn)的，但并不需要提供電場的電源來提供，電場在這里只是提供能量交換的場所和條件。這樣熱電子獲得動(dòng)能后朝電子收集板一方作加速運(yùn)動(dòng)被它捕獲，使電子收集板上積累了大量的多余的電子，就形成了對外供電電源的負(fù)極。當(dāng)受熱體繼續(xù)加熱，大量的熱能進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為游離態(tài)的熱電子電勢能，熱電子電勢能在電場力的作用下又進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為電子的動(dòng)能直到又被電子收集板捕獲，此時(shí)電子收集板就可源源不斷地向外提供具有一定電勢能的自由電子，這些自由電子經(jīng)外電路又回到導(dǎo)電網(wǎng)上的熱電子發(fā)射