温差电器件的传热分析

温差电器件是热电转换系统的核心部件。为了提高热电转换系统的效率并优化其输出功率和电压,详细分析了温差电器件的热阻网络,根据热电效应、热力学与电学理论建立了温差电器件的传热模型。利用此模型可以分析温差电器件的结构对其输出功率、电压及效率的影响,并着重分析了热电偶的长度和截面积对温差电器件性能的影响。通过数值分析表明,其功率随着热电偶的长度的减小和截面积的增大而明显增大,而最大热电转换效率逐渐缓慢减小。这可以为温差电器件或各种热电转换系统的优化设计提供参考与指导。     

汤姆逊效应和附加热阻对热电模块性能的影响

针对热电模块运行过程中的影响因素,考虑汤姆逊效应和陶瓷板、金属导流片、接触表面等产生的附加热阻,建立了新的热电能量平衡方程,并据此研究了汤姆逊效应与附加热阻对热电模块的输出功率、热电转化效率及效率的影响规律.结果表明:在本文计算条件下,汤姆逊效应及附加热阻对热电模块性能的影响随着热电模块工作电流的增加而增大;同时,汤姆逊效应和附加热阻均使得热电模块的最大输出功率、最大热电转化效率对应的最佳工作电流减小,这一点在热电发电装置的设计时必须予以考虑.     

高压隔离开关温差发电特性的仿真与实验

温差发电技术可吸收物体余热并转换为电能,是未来电力传感器节点能源补给的新型手段之一.以GW9型高压隔离开关和TEG1型温差发电模块为对象,建立了基于ANSYS的高压隔离开关温差发电仿真模型,并搭建了相应实验平台.在隔离开关加载不同工作电流时,研究了温差发电模块的冷热端温差及开路电压特性,并在温差发电模块接入不同负载电阻...     

固体氧化物燃料电池-温差热电混合系统的性能优化

本文建立了一类不可逆固体氧化物燃料电池(SOFC)与半导体温差热电发电器(TEG)的混合发电系统模型,基于非平衡态热力学理论,导出混合系统一些重要性能参数诸如输出功率、效率和最小电流密度等的一般表达式,分析系统的性能特性和优化性能,给出系统在最大输出功率或最大效率时的优化条件,确定系统一些重要性能参数的优化工作区域,详细讨论系统的一些主要不可逆性对系统优化性能的影响,得到一些有意义的新结论.所得结果可为实际混合发电系统的设计和优化运行提供理论依据.     

具有负反馈特征的光伏-温差联合发电模型与效率分析

太阳能电池输出功率随着温度升高而降低,半导体温差发电模块输出功率随着温差的增大而升高.结合两者输出功率随温度变化的关系,利用烟囱效应巧妙设计了一套具有负反馈作用的光伏 温差联合发电系统,并对其进行了效率和环境分析.结果表明:系统处于稳定工况时,温差模块可以提供输出功率4.3 W,光伏电池比自然冷却方式下的输出功率增加6.9%,系统的光电转换效率增加1.42%,效率达到12.06%,在寿命期内比火力发电减排NOx 9.7 kg、CO2 742.9 kg、SO2 9.6 kg;系统可以有效地控制电池板与环境的温差在22 ℃左右,增加电池板的使用寿命,这对可再生能源的应用具有理论指导意义.     

内燃机排气余热回收温差电单偶的模拟分析

选取Bi2Te3和CoSb3两种温差电材料对温差电单偶建立了数学模型,导出温差电单偶的功率和效率计算公式,分析冷热端陶瓷片表面温度、温差电单偶长度以及表面对流传热系数对温差电单偶性能的影响,并对比两种材料在相同条件下的性能.分析结果表明:提高热面温度、降低冷面温度、缩短温差电单偶的长度和提高热表面对流传热系数均可以提高温差电单偶的最大输出功率,但最大转换效率却不能随之持续增大,缩短温差电单偶的长度甚至会使最大转换效率降低.两种材料的温差电单偶相比较,Bi2Te3材料制成的温差电单偶更适用于对600,K以下的低温热量进行回收,而CoSb3材料制成的温差电单偶则更适用于对内燃机排气等700,K以上的中高温热量进行回收.     

热电热泵在非设计工况条件下的性能分析

 采用直流电源模拟太阳能电池板输出不稳定电压驱动热电热泵工作,通过实验测试研究了在连续长时间工作、电压跳跃变化和极限电压工况下,热电热泵冷端温度T_c、热端温度T_h、冷热端温差T_d的变化对其制冷/制热的性能系数（COP）的影响。结果表明,在适宜的电压范围内,热电热泵的制冷速度快、工作性能稳定且能够长时间连续工作,而制热效果明显优于制冷效果,制热效率（E_h）平均高于制冷效率（E_c）约0.8;热电热泵的最佳工作电压区间为2~4 V,此时的冷端温度低、制冷量大、COP 值在理想范围(E_c=0.87~1.89,E_h=1.75~2.75);随着工作电压增高,热电热泵的冷热端温差增大,COP 值减小,当电压大于8V 后,冷热端温差大于45℃,COP 值降至最小,工作性能较差。     

热离子-温差热电混合发电模块的优化性能研究

应用非平衡态热力学理论,建立热离子-温差热电混合发电模块的理论模型,导出混合发电模块输出功率和效率的表达式,研究混合发电模块的性能特性和优化性能,确定混合发电模块在最大输出功率和最大效率时的优化条件,给出系统的优化工作区域,对系统的主要性能参数作了详细的讨论,得到一些有益的新结论.所得结果可为实际混合发电系统的设计和优化运行提供理论依据.     

串联式汽车尾气热电发电系统台架试验

利用低温型Bi2Te3基热电器件构建一种4层串联结构的汽车尾气热电发电系统,通过台架试验测试了系统的输出性能并分析其影响因素.结果表明：当热电器件的最高热端温度达到其最大耐热温度时,系统的可回收最大功率约为60 W;采用一体化间接冷却方式难以降低系统的冷端温度,从而导致温差不明显;在相同条件下,中间2层串联热电器件的总体输出性能较好,适当减小集热器的尺寸,可以提高其热容量和表面温度,从而提高系统的输出性能.     

基于模拟退火算法的低温余热发电系统参数优化

为提高低温余热发电系统的综合性能,以单位发电量所需换热面积为目标函数,采用模拟退火算法对ORC系统的参数进行优化。研究结果表明:当热源温度和流量分别为120℃与62 kg/s,蒸发器内最小传热温差为10℃时,蒸发器内的最佳压力和流速分别为0.615 MPa与1.23 m/s;冷凝器内的最佳压力和流速分别为0.102 MPa与1.37 m/s;与传统算法相比,优化结果使单位发电量所需换热面积减少23%。随着热源温度的升高,最优目标函数值先降低后升高,在热源温度为200℃时达到最低值;综合考虑目标函数值及系统输出净功,蒸发器内合适的最小传热温差为15℃。     

冷源结构对汽车尾气热电转换装置性能的影响

为了最大化建立汽车尾气热电转换装置的温差,在相同热源条件下通过测试整体式、单列式和独立式3种冷源结构下不同发动机负荷时的开路电压和最大输出功率,分析了3种冷源结构对系统输出性能的影响.结果表明：优化冷源结构可以明显提高汽车尾气热电转换装置的性能;独立式冷源结构的效果最好,单列式其次,整体式最差;单个热电器件的冷面采用独立式的小型化冷源结构可以保证它们之间有更好的接触和更大的温差.     

球形温度场对平面温差发电器热电计算模型的影响

为了解决现有热电模型不能计算球形温度场中平面温差发电器热电输出的问题,建立了球形温度场中平面温差发电器的热电输出计算模型。仿真测试表明,建立的球形温度场中平面温差发电器输出模型的计算误差不超过10%。基于所建模型,研究了形成球形温度场的点热源的位置变化对平面温差发电器热电输出的影响。结果表明,增加点热源与温差发电器热端的距离,平面温差发电器输出的电流和功率大致呈指数规律减小;增加点热源与温差发电器的位置偏角,平面温差发电器输出的电流和功率大致呈抛物线规律减小。     

基于热管和两级温差发电的船舶余热利用研究

为了对船舶余热进行利用以达到节能的目的,该文结合船舶烟气余热的特点,设计了一种加装在船舶柴油机排烟管上采用热管强化传热的两级温差发电装置。通过建立温差发电有限时间热力学模型,设计了实验系统并搭建实验平台。实验后分析实验数据并验证两级温差发电装置利用余热的可行性。结果表明,在两级温差发电实验装置热端温度为473 K时,其输出功率最大可达到250 W,热效率为5.37%,在相同工况条件下,相比于单级温差发电实验装置4.04%的热效率提高了32%,证明了利用该装置对船舶余热进行回收利用是可行的。     

半导体制冷保温容器制冷性能的实验研究

研制一种主要用于血液保存的半导体制冷保温容器的制冷系统.通过对其不同工作电压、环境温度及外部散热等条件制冷性能的研究,找出了影响半导体制冷性能的主要因素.确定了该制冷保温容器在不同环境温度下的最佳工作电压为12 V、最佳工作电流为4.5~4.8 A.并认定存在最佳热端散热强度等.另外,通过实验得出了在不同环境温度下,工作在最佳工作参数条件时制冷器内部所能达到的最低温度.     

太阳能增效的复叠式空气源热泵系统能量分析与及分析

为了提高空气源热泵的效率和稳定性,提出一种太阳能增效的复叠式空气源热泵系统,建立系统的能量模型和模型,以R134a为制冷剂进行计算分析.结果表明:随着中间冷凝温度的升高,系统机械性能系数先增大后减小,当中间冷凝温度为38 ℃时,系统机械性能系数达到最优值;随着中间冷凝温度的升高,效率先增大后减小,当中间冷凝温度为22 ℃时,效率达到最优值;系统机械性能系数、制热量、损失随着蒸发温度的升高而增大;随着太阳辐射照度的增大,系统机械性能系数、效率及制热量均有明显提升;系统中损失最大的部件为集热发生器,提高集热效率、采用合理的运行参数是提高系统效率的关键.     

Recent developments of thermoelectric power generation

One form of energy generation that is expected to be on the rise in the next several decades is thermoelectric power generation (TEPG) which converts heat directly to electricity. Compared with other methods, TEPG possesses the salient features of being compact, light-weighted,noiseless in operation, highly reliable, free of carbon dioxide emission and radioactive substances. Low current conversion efficiency and high cost, however, are some of the disadvantages. Use of TEPG is therefore justified to hightech applications associated with aerospace, military operation,tel-communication and navigation, instrumentation of unmanned vehicles monitored from remote locations. Moreover, TEPG does not contribute to the depletion of natural resource and pollution of the environment such as climate warming that has been a concern in recent times. This work is concerned with providing an overview of the state of the art of TEPG with emphases placed on assessing its current and potential application. Pointed out are the ways to fabricate high performance thermoelectric material, a hurdle to overcome for the enhancement of TEPG device efficiency.     

新型半导体温差发电器的优化设计

提出一种新型的半导体温差发电器,以效率和输出功率为目标函数分析其性能特性,计算在不同情况下温差发是电器的最大效率和输出功率,进而优化温差发电器的内部结构,确定工作电流的最佳范围,所得结果可为新型的半导体温差发电器的优化设计和最佳运行提供有价值的理论指导,可促进半导体温差发电器的进一步开发和在不同高新科技领域中的应用。     

接触压力对温差发电系统性能的影响

基于自行搭建的温差发电系统性能测试平台,以温度、开路电压、内阻、最大输出功率作为性能参数,研究接触压力对温差发电系统性能的影响规律.研究结果表明:在温差发电系统冷、热端温度均相同的情况下,接触压力增大,则系统开路电压和最大输出功率增大,但增大的幅度随压力的增大而逐渐减小;在温度一定的情况下,接触压力的大小对温差发电片内部的接触电阻影响不大;接触压力对温差发电系统冷、热端温度的瞬态响应特性影响不大,但对系统开路电压的瞬态响应特性影响很大,接触压力增大,则开路电压的瞬态响应速率加快.研究结果证明接触压力对温差发电系统的性能具有显著的影响.     

高功率密度车用温差电源的结构

提出了一种高功率密度温差电源的结构,其换热器的热通道内设置了十字形和弧形转换元件的高温段,有效地增加了换热面积,冷却通道采取集中冷却的形式,其中设置转换元件的低温段,通道内的换热形式是对流换热;转换元件内部设置热电偶阵列,由并联的薄臂型热电偶、金属导流片和过渡导体连接形成导电和导热回路,再经过串联提高输出电压.数值计算表明,转换元件具有良好的温度分布,内电阻显著降低,改善了温差电源的负载特性.     

Preparation and thermoelectric properties of p-type Bi0.52Sb1.48Te3 + 3% Te thin films

Thin films of p-type Bi0.52Sb1.48Te3 + 3% Te were deposited on glass substrates by flash evaporation.X-ray diffraction and field-emission scanning electron microscopy were performed to characterize the thin films,and the effects of preparation and annealing parameters on the thermoelectric properties were investigated.It was shown that the power factors of the films increased with increasing deposition temperature.Annealing the as-deposited films improved the power factors when the annealing time was less than 90 min and the annealing temperature was lower than 250℃.A maximum power factor of 10.66 μW cm-1 K-2 was obtained when the film was deposited at 200℃ and annealed at 250℃ for 60 min.