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.     

不同连接方式热电能量采集器的发电性能

为了研究基于塞贝克效应的热电能量采集器的温差发电性能,实现微电子器件的自供电,本文通过实验模拟工业场合热壁的方法研究了某一型号热电模块串联、并联和单模块的输出电压等特性。实验结果表明：三种连接方式下热电模块的开路电压均随冷热端温差增大而增大,开路电压与模块冷热端温差成正比关系。三种连接方式下单个模块、双模块并联、双模块串联分别在负载为8 Ω、4 Ω、17 Ω左右时,负载上可获得最大功率。可见针对不同负载选择适宜的热电模块组合方式可以使得能量采集器具有更高的能量利用率。     

一种MEMS热电制冷器的设计

研究一种基于MEMS工艺的微型热电制冷器.采用薄膜热电材料减小器件的尺寸,采用微机械加工工艺形成的硅杯结构降低衬底的热泄漏.器件在材料和工艺上都与微电子工艺兼容,易于与电子器件集成.分别讨论了热电臂长度、厚度及绝缘膜厚度等结构参数对器件最大制冷温差、制冷系数、制冷功率等性能的影响,得出最优的设计参数.分析中考虑了绝缘层热泄漏,制冷区的热对流和热辐射,以及接触电阻等非理想因素.分析结果表明,器件工作时达到的最大温差为40 K;冷端温度为290 K时,制冷功率为3 mW.     

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.     

热电器件焊接层热电耦合应力分布特征

对热电器件焊料层的热电耦合应力特征进行了系统的研究,建立了热电发电器件单一材料和分段材料热电支腿结构的仿真模型.利用有限元软件ANSYS分析了焊料性能对热电转换效率的影响以及存两类结构边界条件下焊料层上的应力分布特征,得出了最可能的破坏位置,同时探讨了不同的材料分段对热电转换效率和焊料层可靠性的影响.所得结论对热电发电器件的优化设计和制造具有重要的指导意义.     

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。     

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。     

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.     

热电偶在生产应用中的故障分析与处理

热电偶也叫温差电偶,是最早出现的一种热电探测器件.热电偶是温度测量中应用最广泛的温度器件,它的主要特点就是测温范围宽,性能比较稳定,同时结构简单,动态响应好,更能够远传4-20mA电信号,便于自动控制和集中控制.本文中根据热电偶的工作原理,对应用实例中出现的故障现象进行分析处理.     

Fabrication and performance evaluation of the thermoelectric generation and performance measuring system

A novel thennoelectric generating and performance measuring system （TGPMS） was designed and fabricated. TGPMS can not only achieve the function of thennoelectric generation, but also measure the thennoelectric performance parameters of the bismuth-telluride-based thennoelectric device accurately. These thennoelectric performance parameters mainly include the dependence of the Seebeck coefficient of the thennoelectric device on the device＇s temperature in the low temperature range （about 40 ~ 190~C ）, and the dependence of the power output and thermoelectric conversion efficiency on the temperature dif- ference or output load. With the optimum load, the optimal value of the power output is 3.39W when the temperature difference reaches 231.2~C, and the optimal value of the conversion efficiency is 3.22% when the temperature difference reaches 208.9~C. TGPMS provides an experimental foundation for the application of the thennoelectric generators in the space field.     

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...     

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.     

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.     

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.     

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.