[发明专利]一种分段温差发电器结构的优化方法

权利要求书

1.一种分段温差发电器结构的优化方法，其特征在于：所述优化方法利用傅里叶定律和微积分的计算原理对分段温差发电器内部的温度分布进行了分析，并在分析过程中充分考虑了温度对热电材料性能的影响，从而对分段温差发电器内部热电臂的横截面积和不同热电材料高度的计算方法进行优化：

对于P型和N型热电臂，其均由n层热电臂组成，其中，n≥3；第i层热电材料与第i+1层热电材料交界处的温度分别为T_sbi和T_sai，第i层热电材料的热导率分别为κ_SPi和κ_SNi，第i层热电材料的电阻率分别为ρ_SPi和ρ_SNi，同时忽略铜导流片和陶瓷的热导率对温度传播的影响，则P型和N型分段热电臂的冷热端温度皆是T_c和T_h，T_sb0＝T_sa0＝T_c；T_sbn＝T_san＝T_h；

在热端温度T_h和冷端温度T_c的范围内，根据热电材料属性设定每两层热电材料交界处的温度，求取分段温差发电器的内阻如下:

R_St＝R_SN+R_SP

其中，R_SP，R_SN——分别为P型和N型分段热电臂的电阻；

R_St——为PN型分段热电臂的电阻；

H_S——为分段热电臂的总高度；

A_SP，A_SN——分别为P型和N型分段热电臂的横截面积，计算如下：

然后依据以下公式计算分段温差发电器的输出效率最大值：

式中：

η——为输出效率最大值；

K——为热导系数；

R_L，R_i——分别为TEG的外接电阻和内阻，R_i为R_St；

α_PN——为PN型热电臂的等效塞贝克系数；

在热端温度T_h和冷端温度T_c的范围内，根据热电材料属性重新设定每两层热电材料交界处的温度，然后依据上述方法计算出新的输出效率最大值；

重复上述操作，得到多个输出效率最大值，从中选择一个最大的输出效率最大值，根据该最大的输出效率最大值对应的每两层热电材料交界处的温度，计算出分段温差发电器的结构参数，具体如下：

P型和N型分段热电臂的第i层热电材料的高度值如下：

P型热电臂和N型热电臂的横截面积之比如下：

2.根据权利要求1所述的一种分段温差发电器结构的优化方法，其特征在于：所述分段温差发电器的优值系数Z的计算如下：