[发明专利]倾斜式多面体结构的热电臂

说明书

本发明公开了一种倾斜式多面体结构的热电臂，所述热电臂三维结构为八面体结构，所述八面体包括侧面一、侧面二、底面一、底面二、切割面一、切割面二、斜面一和斜面二；所述侧面一与侧面二、底面一与底面二、切割面一与切割面二、斜面一与斜面二两两平行且相等；所述倾斜式多面体结构的热电臂通过将普通倾斜平行六面体热电臂的较长面对角线两端的角部区域切除获得；切割角θ满足以下关系：上面公式中，L₁为割去部分沿水平方向的棱长，L₂为沿斜面方向的棱长，α为八面体的倾斜角度，θ为切割角。采用热电臂为倾斜式多面体结构的半导体热电单元，可以使整个热电发电系统具有更高的机械稳定性、结构适应性以及更好的传热特性。

技术领域

本发明属于热电器件领域，具体涉及倾斜式多面体结构的热电臂。

背景技术

热电转换技术(温差发电技术)是一种直接的发电技术，其利用热电材料的赛贝克效应可以直接将热能转换为电能，并且不会发生化学反应或机械运动，因此热电发电机无噪声、无污染且可以在孤立环境中工作，广泛应用于军工、航天以及太阳能、余废热回收等领域。热电发电机的主要功能部件为被导电电极串联或并联在一起的P型和N型热电臂，两种热电臂交替连接。一对P型和N型热电臂以及连接它们的导电电极组成一个热电单元，整个热电发电机由多个热电单元组成。

目前广泛应用的传统Π型模块的热电臂为长方体形状(纵截面为矩形)，但在一些特殊结构的热电发电系统中，如螺旋状、倾斜多层板型等结构，采用倾斜式热电单元(其热电臂为倾斜平行六面体)的热电模块可以使整个系统具有更高的机械稳定性、结构适应性以及更好的传热特性，但是普通倾斜式六面体热电臂(纵截面为平行四边形)的热电性能要逊色于传统的Π型模块的长方体热电臂。这是因为倾斜结构导致相同条件下倾斜六面体热电臂内部电流的均匀性变差，在较长对角线的两端存在电流低密度区。为此本发明在对倾斜式热电臂充分研究基础上，通过进一步优化热电臂的结构来提高倾斜式单元的热电性能，提出了一种更高效的新型倾斜式多面体结构的热电臂。

发明内容

针对倾斜式平行六面体热电臂的不足，本发明提出了一种更高效的倾斜式多面体结构的热电臂。采用这种多面体热电臂，在保留了原始倾斜六面体热电臂具有的使整个热电发电系统具有更高的机械稳定性、结构适应性以及更好的传热特性的基础上，进一步提高的热电转换效率以及输出功率。

本发明的技术方案为：

倾斜式多面体结构的热电臂，其特征在于：所述热电臂三维结构为八面体结构，所述八面体包括侧面一、侧面二、底面一、底面二、切割面一、切割面二、斜面一和斜面二；所述侧面一与侧面二、底面一与底面二、切割面一与切割面二、斜面一与斜面二两两平行且相等；所述倾斜式多面体结构的半导体热电臂通过将普通倾斜平行六面体热电臂的较长面对角线两端的角部区域切除获得，将六面体结构中产生较低电流密度的区域切除，其内部具有更均匀的电流分布，降低了内阻以及热量的扩散速率，在同等条件下具有更高的热电转换效率和输出功率，同时也减少了热电材料的使用；切割角θ满足以下关系：上面公式中，L₁为割去部分沿水平方向的棱长，L₂为割去部分沿斜面方向的棱长，α为八面体的倾斜角度，切割角θ为切割面与水平面的夹角。

所述切割角θ的角度为55°-80°。

所述切割角θ的角度为67.5°。

本发明的优点及有益效果是：

1.本发明的倾斜多面体结构的热电臂可以应用于特殊结构热电发电系统的模块单元中，例如螺旋结构、倾斜多层板型结构等。这种倾斜结构可以使整个系统具有更高的机械稳定性、结构适应性以及更好的传热特性。

2.本发明相比于传统的倾斜平行六面体结构热电臂，倾斜多面体热电臂由于将六面体结构中产生较低电流密度的区域切除，其内部具有更均匀的电流分布，降低了内阻以及热量的扩散速率，在同等条件下具有更高的热电转换效率和输出功率，同时也减少了热电材料的使用。