[發明專利]一種變引腳橫截面積的溫差發電片及其橫截面積的確定方法有效

申請號：	201811079856.7	申請日：	2018-09-17
公開（公告）號：	CN109360119B	公開（公告）日：	2021-11-23
發明（設計）人：	汪若塵;羅丁;余未;周衛琪;陳龍	申請（專利權）人：	江蘇大學
主分類號：	G06Q50/06	分類號：	G06Q50/06
代理公司：	暫無信息	代理人：	暫無信息
地址：	212013 江***	國省代碼：	江蘇;32
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種引腳橫截面溫差發電及其確定方法
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【說明書】：

本發明公開了一種變引腳橫截面積的溫差發電片，相比傳統的溫差發電片，其半導體PN結引腳的橫截面積沿著熱流體流動方向不斷增加，當溫差發電片用于高溫尾氣熱能回收領域時，隨著尾氣的向下流動，其溫度會下降，影響溫差發電片下行方向的PN結引腳的輸出，造成下行方向引腳的輸出電流低于上行方向引腳的輸出電流，又由于PN結引腳之間全部串聯，使得溫差發電片整體的輸出電流受限于其中最小的一個PN結引腳輸出電流。本發明通過增加熱流體下行方向PN結引腳的橫截面積以提高其輸出電流，從而提高溫差發電片整體的輸出電流。同時，基于傳熱學理論，提供一種溫差發電片引腳橫截面積的確定方法，用于精確計算每一列PN結引腳的橫截面積。

技術領域

本發明屬于溫差發電、熱電轉化、尾氣能量回收領域，具體涉及一種變引腳橫截面積的溫差發電片及其橫截面積的確定方法。

背景技術

近年來，能源危機、環境污染等問題不斷加劇，造成這些問題的主要原因是化石燃料的燃燒，如汽車、船舶、航空航天等領域的發動機燃料燃燒。而發動機的熱效率往往在40％以下，燃料燃燒的能量很大一部分隨著尾氣以熱能的形式浪費掉。溫差發電技術是一種基于塞貝克效應發展起來的熱能回收技術，它能將熱能直接轉化為電能。

溫差發電片是熱電轉化的核心部件，它由PN結引腳、銅電極、陶瓷板三部分組成，其中，PN結引腳間用銅電極相互串聯連接，并夾在上下兩塊陶瓷板之間。然而，溫差發電片的轉化效率低仍然是制約溫差發電技術大規模商用的主要因素。因此，高效率的PN結引腳熱電材料和高性能的溫差發電片結構是目前熱電回收領域發展的兩大方向。有不少學者為了提高PN結引腳的輸出，提出許多新型結構，如六角狀PN結、分段式PN結、金字塔型PN結等，然而，這些結構優化方法往往結構復雜、制備難度大、難以商用。當溫差發電片用于回收高溫尾氣中的熱能時，隨著尾氣的向下流動，其溫度會有所下降，造成溫差發電片下行方向的PN結引腳輸出電流低于上行方向的PN結引腳輸出電流，而PN結引腳間全部串聯，會使得溫差發電片的整體輸出電流受制于其中最小的PN結輸出電流。

發明內容

本發明的目的在于提供一種變引腳橫截面積的溫差發電片，用來克服溫差發電片整體輸出電流會受限于最小PN結輸出電流的影響，提升溫差發電片的整體輸出，還提供一種變引腳橫截面積溫差發電片的引腳橫截面積的確定方法，沿尾氣流動方向增加PN結引腳的橫截面積，提升下行方向的PN結引腳輸出電流。

本發明的目的通過如下技術方案實現：

一種變引腳橫截面積的溫差發電片，包括陶瓷板、沿尾氣流動方向橫截面積不斷增加的PN結引腳和銅電極，所述PN結引腳由銅電極相互串聯連接后，夾在上、下兩端陶瓷板中間；所述PN結引腳沿著尾氣流動方向分別為第1列，第2列，…第n列，其中，每一列PN結引腳的寬度w₃、高度H₃保持不變，第i列PN結引腳的長度為L_i，其滿足關系：L_i+1-L_i＝Δl、L_i＝L₁+(i-1)Δl，即PN結引腳長度按公差為Δl的等差數列增加；第i列 PN結引腳的橫截面積為S_i，S_i＝w₃×L_i；所述陶瓷板的高度為H₁，陶瓷板的總寬度、總長度均為每一列銅電極的寬度w₃、高度H₂保持不變，第i列銅電極的長度lc_i滿足： lc_i＝2L_i+l_i；第一列PN結引腳之間的間距為l₀，第i列PN結引腳之間的間距為l_i，且 l_i＝l₀-(i-1)×Δl，l_i＞0。