[發明專利]溫差發電器的優化結構

有效

• 申請號: 201310481849.0
• 申請日: 2013-10-15
• 公開（公告）號: CN104578913A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發明（設計）人: 于書海;牛志強;焦魁;杜青;尹燕
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H02N11/00
• 分類號: H02N11/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王秀奎

技術領域

本發明屬于溫差發電器領域，更加具體的說，涉及一種溫差發電器的優化結構，具有提升溫差發電器性能的特點。

背景技術

溫差發電器是一種固態能量轉化裝置，可以直接將熱能轉化為電能，其工作原理如附圖1所示。溫差發電器是由若干溫差電偶臂（P型和N型半導體材料）串聯而成，傳統的電偶臂是矩形截面形狀。按照工作溫度來分類，溫差發電器可分為高溫溫差發電器（工作溫度是700℃以上），中溫溫差發電器（工作溫度400～700℃）和低溫溫差發電器（工作溫度400℃以下）。對于不同的工作環境，溫差發電器會處于不同的溫度梯度，熱電材料的物理性質受溫度影響很大，所以有必要對電偶臂的形狀進行優化，使之可以與工作的溫度梯度相匹配，以提高溫差發電器的輸出功率。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，設計一種溫差發電器的優化結構，相比原有的π型電偶臂對結構，所述優化結構對電偶臂形狀進行了改進，可更有效的利用溫度梯度，增大熱電材料的優值系數，提高熱電材料的比功率，在不增加熱電材料使用量的前提下，提高溫差發電器的性能。

本發明的技術目的通過下述技術方案予以實現：

溫差發電器的優化結構，包括由p型半導體材料電偶臂和n型半導體材料電偶臂組成的π型電偶臂對結構，所述p型半導體材料電偶臂和n型半導體材料電偶臂的截面為梯形。

所述電偶臂對結構采用串聯形式、單極排列，組成溫差發電器。

所述梯形選擇正常梯形，或者帶有弧度的梯形，或者三段線結構的梯形。

所述帶有弧度的梯形為兩個斜面（邊）為圓弧的梯形。

所述三段線結構的梯形為梯形，將兩個圓弧斜面（邊）近似為由三段斜面組成的斜面，具體如下：弧形斜面依據所在同心圓的圓弧值均勻分為三段（即在圓弧上點上的兩個劃分點），自梯形的上底到下底連接圓弧上的兩個劃分點，將弧形斜面近似為由三段線組成的斜面。

在上述溫差發電器的結構中，p型半導體材料電偶臂和n型半導體材料電偶臂選擇軸對稱設置，即兩邊選擇的梯形都是同方向設置（即上底向上和下底向下）。

在上述溫差發電器的結構中，p型半導體材料電偶臂和n型半導體材料電偶臂選擇反方向設置（即一側p型半導體材料電偶臂上底向上和下底向下，另一側n型半導體材料電偶臂上底向下和下底向上）。

本發明結構簡單，易于加工，可以顯著改善溫差發電器性能。通過結構的改善，可以在同等工況下，提升溫差發電電動勢。

附圖說明

圖1是溫差發電器結構的示意圖。

圖2是本發明實施例采用的溫差發電器結構的示意圖，其中G1傳統溫差發電器結構；G2梯形結構；G3小弧度梯形結構；G4大弧度梯形結構；G5倒置弧度梯形結構；G6邊框為三段線的梯形結構；G7邊框為三段線的倒置梯形結構。

圖3是本發明的新型形狀的溫差發電器的賽貝克電勢分布圖，其中（1）傳統溫差發電器結構；（2）梯形結構；（3）小弧度梯形結構；（4）大弧度梯形結構；（5）倒置弧度梯形結構；（6）邊框為三段線的梯形結構；（7）邊框為三段線的倒置梯形結構。

圖4是本發明的新型形狀的溫差發電器的歐姆電勢分布圖，其中（1）傳統溫差發電器結構；（2）梯形結構；（3）小弧度梯形結構；（4）大弧度梯形結構；（5）倒置弧度梯形結構；（6）邊框為三段線的梯形結構；（7）邊框為三段線的倒置梯形結構。

圖5是本發明的新型形狀的溫差發電器的“電壓—電流”曲線，其中（1）傳統溫差發電器結構；（2）梯形結構；（3）小弧度梯形結構；（4）大弧度梯形結構；（5）倒置弧度梯形結構；（6）邊框為三段線的梯形結構；（7）邊框為三段線的倒置梯形結構。

具體實施方式

下面結合具體實施例進一步說明本發明的技術方案。本發明的技術方案是通過改進傳統的π型電偶臂對結構，使熱電材料能夠更有效的利用溫差，在不增加熱電材料使用量的前提下，生成更大的電動勢。

如附圖1所示溫差發電器結構的示意圖，一塊頂部金屬板和兩塊底端金屬板，一塊底端金屬板上設置p型電偶臂，另一塊底部金屬板上設置n型電偶臂，p型和n型電偶臂的頂端與一塊頂部金屬板相連，整體上組成傳統的π型電偶臂對結構，其中p型和n型電偶臂是溫差發電器的核心元件。