[发明专利]一种变引脚横截面积的温差发电片及其横截面积的确定方法

说明书

本发明公开了一种变引脚横截面积的温差发电片，相比传统的温差发电片，其半导体PN结引脚的横截面积沿着热流体流动方向不断增加，当温差发电片用于高温尾气热能回收领域时，随着尾气的向下流动，其温度会下降，影响温差发电片下行方向的PN结引脚的输出，造成下行方向引脚的输出电流低于上行方向引脚的输出电流，又由于PN结引脚之间全部串联，使得温差发电片整体的输出电流受限于其中最小的一个PN结引脚输出电流。本发明通过增加热流体下行方向PN结引脚的横截面积以提高其输出电流，从而提高温差发电片整体的输出电流。同时，基于传热学理论，提供一种温差发电片引脚横截面积的确定方法，用于精确计算每一列PN结引脚的横截面积。

技术领域

本发明属于温差发电、热电转化、尾气能量回收领域，具体涉及一种变引脚横截面积的温差发电片及其横截面积的确定方法。

背景技术

近年来，能源危机、环境污染等问题不断加剧，造成这些问题的主要原因是化石燃料的燃烧，如汽车、船舶、航空航天等领域的发动机燃料燃烧。而发动机的热效率往往在40％以下，燃料燃烧的能量很大一部分随着尾气以热能的形式浪费掉。温差发电技术是一种基于塞贝克效应发展起来的热能回收技术，它能将热能直接转化为电能。

温差发电片是热电转化的核心部件，它由PN结引脚、铜电极、陶瓷板三部分组成，其中，PN结引脚间用铜电极相互串联连接，并夹在上下两块陶瓷板之间。然而，温差发电片的转化效率低仍然是制约温差发电技术大规模商用的主要因素。因此，高效率的PN结引脚热电材料和高性能的温差发电片结构是目前热电回收领域发展的两大方向。有不少学者为了提高PN结引脚的输出，提出许多新型结构，如六角状PN结、分段式PN结、金字塔型PN结等，然而，这些结构优化方法往往结构复杂、制备难度大、难以商用。当温差发电片用于回收高温尾气中的热能时，随着尾气的向下流动，其温度会有所下降，造成温差发电片下行方向的PN结引脚输出电流低于上行方向的PN结引脚输出电流，而PN结引脚间全部串联，会使得温差发电片的整体输出电流受制于其中最小的PN结输出电流。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变引脚横截面积的温差发电片，用来克服温差发电片整体输出电流会受限于最小PN结输出电流的影响，提升温差发电片的整体输出，还提供一种变引脚横截面积温差发电片的引脚横截面积的确定方法，沿尾气流动方向增加PN结引脚的横截面积，提升下行方向的PN结引脚输出电流。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种变引脚横截面积的温差发电片，包括陶瓷板、沿尾气流动方向横截面积不断增加的PN结引脚和铜电极，所述PN结引脚由铜电极相互串联连接后，夹在上、下两端陶瓷板中间；所述PN结引脚沿着尾气流动方向分别为第1列，第2列，…第n列，其中，每一列PN结引脚的宽度w₃、高度H₃保持不变，第i列PN结引脚的长度为L_i，其满足关系：L_i+1-L_i＝Δl、L_i＝L₁+(i-1)Δl，即PN结引脚长度按公差为Δl的等差数列增加；第i列 PN结引脚的横截面积为S_i，S_i＝w₃×L_i；所述陶瓷板的高度为H₁，陶瓷板的总宽度、总长度均为每一列铜电极的宽度w₃、高度H₂保持不变，第i列铜电极的长度lc_i满足： lc_i＝2L_i+l_i；第一列PN结引脚之间的间距为l₀，第i列PN结引脚之间的间距为l_i，且 l_i＝l₀-(i-1)×Δl，l_i＞0。