温差发电片、温差发电机、半导体温差发电技术专利资料1、半导体温差发电装置的研制温差发电是一种绿色环保的能源技术。这种全态能量转换方式无噪音、无磨损、无污染物排放、体积小、重量轻、携带方便、使用寿命长、无需人工 维护。基于上述 优点，该项技术在国外已广泛应用于航天和军事等领域。我国 的温差电研究在致冷方 面的应用比较成熟，而在发电方面的进展相对缓慢。本 文基于塞贝克效应设计了一种 在实验室中实现的低温差的发电实验，对比实验 中不同温差、不同冷却情况的输出电 能，给出单个发电模块和两个发电模块串 联的输出电压与温差对应关系，简化计算了 功率输出状况，指出单个发电组件 的模 共 50 页2、半导体温差发电模块热分析与优化设计对半导体温差发电模块的实际传热模型进行了分析，得到了模型中的内、 外热阻 分布情况，特别对接触热阻对模块的影响进行了分析。对模块稳态和非 稳态温差发电 过程进行了热分析，得出了稳态发电过程中电偶臂内的温度分布 和非稳态发电过程中 电偶臂内的温度和温差电流随时间的变化，并分析了内部 和外部因素对非稳态发电过 程的影响，比如接触因素、热源、热沉换热系数、 环境温度、电偶臂长和截面积等。 还对半导体温差发电模块进行 58页3、集热式太阳能温差发电装置的研究温差发电技术是一种将热能直接转换为电能的环保能源技术，在发电过程 (200-中无噪音、无污染物排放、体积小、重量轻等优点。随着热电材料的迅速发展 以及性能的提高，已经开始从军事航天领域向民用和工业应用方面普及。本课 题中，采用 ANS 丫锹件，研究温差发电元件的性能，并仿真优化在中温区 400 C )有较高热电转换效 率的分段温差电元件。在此基础上，利用太阳能热作 为温差发电的热源，研制一套集热式太阳能温差发电装置，主要包括 丫 置。该装置中，LNG水换热器是最关键的器件。经过多次实验和改进后，LNG-共 48 页4、LNG 冷能利用与低温半导体温差发电研究 设计并建立了一套利用 LNG 低温冷能温差发电并联合电解水制氢的实验装水换热器采用了以多孔铝扁管为 LNG 换热器，在铝扁管两面粘贴半导体温差发 电片，再用薄铝箔胶带将 LNG 换热器及半导体温差发电片密封，在侧上方布置 水喷淋头的形式。工作时，铝扁管内通入LNG,水喷淋到铝箔面，水的热量穿过铝箔并通过温差发 温差发电片两侧有温差，产生直流电。该形式的换热器，具有 LNG 侧流道耐压电片，传给夹层内部的LNG,使LNG受热气化，在半导体高、传热性能好、表面扁平易于粘贴、接触 共118 页5、半导体温差发电器应用的研究研制了应用于不同场合及环境下的热水照明系统、基于火焰的半导体温差 发电系 统及基于太阳能的半导体温差发电系统。在热水温差电照明系统中，利 用热水壶里的 热水作为热源，以高效率、高亮度的LED 作为照明器，可作为家庭应急照明用；基于火焰的半导体温差系统，则是以野外篝火等作为热源，以 水（最 高温度不超过其沸腾温度 100C ）作为冷端，方便人们野外活动用电需求。 基于太阳 能的半导体温差发电系统是用半导体温差发电模块对太 共50页6、低品位热源半导体小温差发电器性能研究测定了目前室温附近最常用的 Bi2Te3 基半导体材料从 0C 附近到 200C 附近 材 料特性参数的数值，得到了随温度变化的拟合关系式，这对于进一步的理论 研究是一 种有益的探索。依照温差发电的基本原理设计并搭建了小温差下利用 低品位热源发电 的实验平台。在该实验平台上，本文完成了多工况下不同温差 的发电器性能研究，得 到了可靠的实验数据，并总结出了一系列温差发电器的 运行规律。为了验证这些由实 验得到的发电规律，本文从非平衡态热力学理论 出发，对实验所采用的发电模块（商 用温差制冷模块TEC1-12703）以MATLab为 平台，自行编程进行了数值模拟 共 124 页7、半导体制冷及温差发电器件的计算机辅助设计 半导体制冷及温差发电系统的设计是一个非常复杂的过程 ,传统的设计中要处理众多的数据 ,计算量大 ,而且有些数据需要反复循环计算才能得到最佳结果 .采 用计算机辅助优化设计 ,具有计算准确 ,迅速的特点 ,并且可以将众多数据存入数据 库 中 ,能根据设计要求自动地进行检索、计算以达到最优化设计目标.本课题在分析和比较了当前热电器件的设计方法和经验公式的基础上研究了系统与环境,系统各部分之间的热流 ,把系统和环境作为一个整体 ,从而对系统的性能特性作出优 化, 建立了半导体制冷和温差发电器件优化设计的数学模型.本软件使用 共 61 页8、低温差下半导体温差发电器设计与性能研究针对热电材料优值系数达到一定值后会随温度下降的现象，提出了半导体 极性弱 化的假设，得到了有关温差电势更一般的计算式。2.建立了稳定情况下半导体元件的一维传热模型，结果表明在温度梯度和输出电流较小的情况下， n 型 元件 和 p 型元件内部温度场都近似呈线性分布。 3.在外部换热条件方面，通过模 拟得出 高温侧的换热条件比低温侧对发电器的影响更重要这一结论。4.在内部结构优化方面，指出了 Gao 和 D.M.Rowe 等计算模型中的不足之处，得到了能更 精确 地计算发电器输出功率和发电效率的公式。在有关的研究中，工作内容主 要包括： 1. 设计并搭建了 共 72 页9、不可逆半导体制冷器和温差发电器性能特性的优化分析将从非平衡热力学理论出发，分别讨论半导体制冷器和温差发电器的性能 优化问 题。第一章简要介绍半导体热电器件的发展状况、研究现状以及应用前 景。第二章详 细阐述了半导体热电器件的有关工作原理。分析了半导体热电器 的优值系数与赛贝克 效应，帕尔帖(Peltier)效应和汤姆逊(Thomson)效应之间的关系。第三章研究不可逆半 导体制冷系统的优化性能 ,分析热电器件的内部和外部 不可逆性对制冷系统性能的影 响，引入无量纲参数和变量导出制冷系数和输入 功率的表式。在给定的制冷负载和系 统的总传热面积下计算系统的最大制冷系 数，从而 共 42 页10、低温差下半导体温差发电模块性能分析与研究对半导体温差发电器的工作过程进行了火用分析，提出了用火用效率作为 低温差 下半导体温差发器工作性能的评价参数。并对半导体温差发电模块的工 作性能进行了 分析，主要考虑了电偶臂的几何尺寸、接触效应和汤姆逊效应对其工作性能的影响。由于接触效应的影响，温差发电器的工作效率将随温差电 偶臂长 度的减小而降低，而且接触效应影响越显著，工作效率降低的就越迅 速。汤姆逊效应 对输出功率有所影响，但并不影响取得最大输出功率时，负载 电阻的匹配条件，降低 冷端温度有利于减小汤姆逊效应对最大输出功率的影 响。在单级温差发电模块的基础 上 共 60 页11、基于汽车尾气废热温差发电的 42V 动力系统建模与仿真 随着汽车车载电器 和电子控制技术用电需求的（略） 2V 电气系统是国际社 会公认的解决汽车用电供需 矛盾的下一代电气系统方案在42V汽车电源的基础上，开发起动机/发电机一体化（ISG的弱混合动力系统已成为混合动力汽车（略）ISG 型HEV的优势在于可以现有内燃机汽车为基础改造，开发成本低；ISG能使发 动机 快速起停的功能能避免发动机经常性的处于怠速工况,即使发动机停机时也能由电机单独驱动空调等电（略）在加速或爬坡等负荷较重的工况时电机能提 供辅助 动力；汽车减速或制动时利用电机的再生制动回收制动能量.在保持汽车动力性基本不变的前提下 ,这些独特 共 72页12、基于汽车尾气温差发电和太阳能发电的新型车载电源系统在详细研究半导体热电模块的特性及光伏电池的伏安特性之后，基于温差发电和 太阳能发电的基本原理，分析温差发电系统、太阳能发电系统及交流发 电机系统的输 出特性，构建新型车载电源系统并提出其性能要求。然后，在MATLAB/ Simuli nk环境下建立各子系统的仿真模型的基础上，对 Advisor2002进 行简单的二次开发，将新型车载电源系统模型嵌入 Advisor2002中传统汽车模 块，建立基于整车的新型电源仿真模型。通过在不同电气负载及行驶工况下的 整车仿 真，考察新型车载电源系统的各部分工作状态，分析系统的能量流以及 相对于传统汽 车的油耗情况。行文中的难点也是重点是：基于 Fluent 软件采取流耦合的仿真方法，对废气通道箱体表面进行热力 学分析，推导出半导体热电模块的热 共78页13、基于汽车尾气余热回收的温差发电研究基于汽车尾气余热回收的温差发电研究主要研究内容是如何提高温差电模块热电 转换效率和集热器集热效率以提高尾气总的回收利用率。本人主要做了以下三个方面的工作在温差电模块性能参数一定的条件下采用热分析软件中的 热电耦 合模块对分段和级联两种结构进行模拟仿真。通过对分段温差电单偶模 型的分段元件 长度比、截面比及负载电阻分别进行优化后得到在冷端温度为热 端温度为时的转换效 率分别为对分段级联温差电单偶模型进行相应优化后得到 在低温、高温的条件下转换 效率为。在模块性能一定的情况下增大温差是提高 热电转换效率的一种有效方法即降14、铝电解槽侧壁散热温差发电装置设计与仿真优化 设计了面向铝电解槽侧壁散热利用的温差发电装置,通过回收部分低品位散热以达到节能降耗的目的。该装置具有结构简单、体积小、重量轻、运行寿命 长、可靠性高、无噪声、无机械运动部件、无污染等优点,并且对热源温度要求低,因此 ,特别适合工业低品位热源的回收利用 ,具有广阔的实际应用前景。本文主 要 开展并完成了以下工作：(1)建立了考虑陶瓷片、导流片接触热阻与接触电阻时 ,温差发电器输出功 率、转 换效率与发电器两端温差的关系式 ,计算了此时半导体电偶臂两端的温差 值。通过分 析这些参数之间的关系 ,为优化发电器输出功率和效率奠定了基础。(2)计算了输出功率达到最大值时的匹配负载值 ,此时匹配负载不等于内阻 ,而 是略大于内阻。这是由于负载电阻增大使回路中电流减小 共 70页 15、汽车排气废热温差发电系统与发动机消声器一体化设计研究 针对发动机尾气热量高的特点 ,通过温差发电转换装置将尾气余热转换化为 电能,供车载用电设备使用 或作为基于热电的 42V 汽车弱混合动力系统的能量来 源,实现尾气热量的重复利用 ,提高车辆的燃油经济性 .本文介绍了课题组搭建的温 差发电实验台架的构成 ,探(略)发电系统效率的因素并提出针对性的改进方 法；针对温差发电器废热箱体(略)尾气热 量利用率的影响,设计了多种废热箱体内部结构 ,并进行实验验证和计算机仿真 :用温度传感器和 GUIDETP8 红外热像仪分别测量标定点温度并拍摄箱体表 面的 温度分布情况；用CFD软件Flue nt对不同内部结构的箱体进行仿真研究，最后确定 废热箱体的内部结构 .在温差发电实验台架进行尾气回收实验的过种中 ,有 两个值得关 注的问题 :一是废热箱体外共 51 页16、小型热电制冷器及温差发电初步研究在分析温差热电技术的现实应用瓶颈的基础上 ,就温差发电和温差热电制冷 两个 方面进行了研究。首先 ,通过理论推导给出了温差发电器件的性能参数及其 计算公式 , 并建立热电转换火用效率的分析方法 ,进一步完善了对温差发电器件的 性能评价。在 此基础上 ,结合今后的实际应用情况 ,设计了温差发电模块的性能测 试平台 ,通过实验 对一种新型的微型温差发电模块进行测试 ,并对实验结果进行了 分析 ,得出了冷热面温 度、循环水流量、循环水温以及温差发电模块的性能（电动 势特性、输出功率特性、内阻特性、伏安