温差发电器的优化结构制造技术

温差发电器的优化结构，其特征在于，包括由p型半导体材料电偶臂和n型半导体材料电偶臂组成的π型电偶臂对结构，所述p型半导体材料电偶臂和n型半导体材料电偶臂的截面为梯形；所述梯形选择正常梯形，或者带有弧度的梯形，或者三段线结构的梯形；p型半导体材料电偶臂和n型半导体材料电偶臂选择轴对称设置，或者，p型半导体材料电偶臂和n型半导体材料电偶臂选择反方向设置。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开了温差发电器的优化结构，包括由p型半导体材料电偶臂和n型半导体材料电偶臂组成的π型电偶臂对结构，所述p型半导体材料电偶臂和n型半导体材料电偶臂的截面为梯形。本技术的技术方案结构简单，易于加工，可以显著改善温差发电器性能。通过结构的改善，可以在同等工况下，提升温差发电电动势。【专利说明】温差发电器的优化结构
本技术属于温差发电器领域，更加具体的说，涉及一种温差发电器的优化结构，具有提升温差发电器性能的特点。
技术介绍
温差发电器是一种固态能量转化装置，可以直接将热能转化为电能，其工作原理如附图1所示。温差发电器是由若干温差电偶臂(P型和N型半导体材料)串联而成，传统的电偶臂是矩形截面形状。按照工作温度来分类，温差发电器可分为高温温差发电器(工作温度是700°C以上)，中温温差发电器(工作温度400?700°C)和低温温差发电器(工作温度400°C以下)。对于不同的工作环境，温差发电器会处于不同的温度梯度，热电材料的物理性质受温度影响很大，所以有必要对电偶臂的形状进行优化，使之可以与工作的温度梯度相匹配，以提高温差发电器的输出功率。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的不足，设计一种温差发电器的优化结构，相比原有的η型电偶臂对结构，所述优化结构对电偶臂形状进行了改进，可更有效的利用温度梯度，增大热电材料的优值系数，提高热电材料的比功率，在不增加热电材料使用量的前提下，提高温差发电器的性能。本技术的技术目的通过下述技术方案予以实现:温差发电器的优化结构，包括由P型半导体材料电偶臂和η型半导体材料电偶臂组成的H型电偶臂对结构，所述P型半导体材料电偶臂和η型半导体材料电偶臂的截面为梯形。所述电偶臂对结构采用串联形式、单极排列，组成温差发电器。所述梯形选择正常梯形，或者带有弧度的梯形，或者三段线结构的梯形。所述带有弧度的梯形为两个斜面(边)为圆弧的梯形。所述三段线结构的梯形为梯形，将两个圆弧斜面(边)近似为由三段斜面组成的斜面，具体如下:弧形斜面依据所在同心圆的圆弧值均匀分为三段(即在圆弧上点上的两个划分点)，自梯形的上底到下底连接圆弧上的两个划分点，将弧形斜面近似为由三段线组成的斜面。在上述温差发电器的结构中，P型半导体材料电偶臂和η型半导体材料电偶臂选择轴对称设置，即两边选择的梯形都是同方向设置(即上底向上和下底向下)。在上述温差发电器的结构中，P型半导体材料电偶臂和η型半导体材料电偶臂选择反方向设置(即一侧P型半导体材料电偶臂上底向上和下底向下，另一侧η型半导体材料电偶臂上底向下和下底向上)。本技术结构简单，易于加工，可以显著改善温差发电器性能。通过结构的改善，可以在同等工况下，提升温差发电电动势。【专利附图】【附图说明】图1是温差发电器结构的示意图。图2是本技术实施例采用的温差发电器结构的示意图，其中Gl传统温差发电器结构；G2梯形结构；G3小弧度梯形结构；G4大弧度梯形结构；G5倒置弧度梯形结构；G6边框为三段线的梯形结构；G7边框为三段线的倒置梯形结构。图3是本技术的新型形状的温差发电器的赛贝克电势分布图，其中(I)传统温差发电器结构；(2)梯形结构；(3)小弧度梯形结构；(4)大弧度梯形结构；(5)倒置弧度梯形结构；(6)边框为三段线的梯形结构；(7)边框为三段线的倒置梯形结构。图4是本技术的新型形状的温差发电器的欧姆电势分布图，其中(I)传统温差发电器结构；(2)梯形结构；(3)小弧度梯形结构；(4)大弧度梯形结构；(5)倒置弧度梯形结构；(6)边框为三段线的梯形结构；(7)边框为三段线的倒置梯形结构。图5是本技术的新型形状的温差发电器的“电压一电流”曲线，其中(I)传统温差发电器结构；(2)梯形结构；(3)小弧度梯形结构；(4)大弧度梯形结构；(5)倒置弧度梯形结构；(6)边框为三段线的梯形结构；(7)边框为三段线的倒置梯形结构。【具体实施方式】下面结合具体实施例进一步说明本技术的技术方案。本技术的技术方案是通过改进传统的η型电偶臂对结构，使热电材料能够更有效的利用温差，在不增加热电材料使用量的前提下，生成更大的电动势。如附图1所示温差发电器结构的示意图，一块顶部金属板和两块底端金属板，一块底端金属板上设置P型电偶臂，另一块底部金属板上设置η型电偶臂，P型和η型电偶臂的顶端与一块顶部金属板相连，整体上组成传统的η型电偶臂对结构，其中P型和η型电偶臂是温差发电器的核心元件。在温差发电器在工作时，一端靠近热源(图1中的顶端金属板)，一端靠近冷源(图1中的底端金属板)，由此在温差发电器两端形成一个温差。对于η型半导体电偶臂，自由电子的能量是随温度升高而增加的，如果导体具有温度差，那么热端电子将比冷端电子获得更多的速度和能量，即在温差的驱动下，电偶臂中的载流子一电子的浓度随温度升高而增加，形成热端流向冷端的一股电子流，这种电荷的积累就建立了一定的电势差，这电势差形成了一个反向电子流。当电荷积累到一定程度，反向的电子漂移流与正向的电子扩散流相等，这就达到了稳定状态，半导体电偶臂两端即形成了稳定的电动势。P型半导体中的多数载流子是空穴而不是电子，这种情况与上述情形类似，显然，这时的温差电动势与上述情形相反。由此可见，由ρ，η型电偶臂组成的电偶臂对得到的总温差电动势是两者绝对值之和。当温差发电器是由若干串联而成的P型和η型电偶臂组成，温差发电器的总电势即是所有电偶臂对的电动势之和。图2给出的是传统的温差发电器结构以及通过本技术改进后的结构，并标出各个位置的尺寸，单位_，对应不同形状的模具可以制备出不同结构的电偶臂。对比附图1可知，附图2给出的不同结构温差发电器，采用相同的π型电偶臂对结构(即一块顶部金属板和两块底端金属板，一块底端金属板上设置P型电偶臂，另一块底部金属板上设置η型电偶臂，P型和η型电偶臂的顶端与一块顶部金属板相连，整体上组成传统的π型电偶臂对结构)，通过调整P型和η型电偶臂结构，实现不同的温差发电结构。改进后的电偶臂结构和尺寸分别如图2所示，其电偶臂体积由大到小依次为:G1=G2>G3>G6=G7>G4=G5，梯形结构中较短的一边为上底，较长的一边为下底:( I)传统温差发电器结构Gl,即传统的π型电偶臂对结构，标出顶部金属板长度为4.5mm,厚度0.5mm ;底部金属板长度为2mm,厚度为0.5mm ；p型和η型电偶臂对称设置，高度为1mm，长度为2mm ;从侧视图side view来看,顶部金属板、底部金属板、p型和η型电偶臂的宽度均为2mm;(2)梯形结构G2,标出顶部金属板长度为4.5mm,厚度0.5mm ;底部金属板长度为2.5mm,厚度为0.5mm ；p型和η型电偶臂对称设置,截面选择梯形结构,上底为1.5mm,下底为2.5mm,高度为Imm ;从侧视图side view来看,顶部金属板、底部金属板、p型和η型电偶臂的宽度均为2mm ；(3)小弧度梯形结构G3,标出顶部金属板长度为4.5mm,厚度0.5mm ;底部金属板长度为2.5mm，厚度为0.5mm ；p型和η型电偶臂对称设置，截面选择为小弧度梯形结构，上底为1.5mm,下底为2.5mm,高度为Imm,弧度本文档来自技高网...

【技术保护点】
温差发电器的优化结构，其特征在于，包括由p型半导体材料电偶臂和n型半导体材料电偶臂组成的π型电偶臂对结构，所述p型半导体材料电偶臂和n型半导体材料电偶臂的截面为梯形；所述梯形选择正常梯形，或者带有弧度的梯形，或者三段线结构的梯形；p型半导体材料电偶臂和n型半导体材料电偶臂选择轴对称设置，或者，p型半导体材料电偶臂和n型半导体材料电偶臂选择反方向设置。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：于书海，田华，张寓皓，牛志强，焦魁，杜青，尹燕，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：实用新型
国别省市：