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电源技术 2024年第5期48卷 954-962页

作者：蓝云成鲁军辉穆连波王随林北京建筑大学环境与能源工程学院北京100044

低温(<100℃)热能广泛存在于能源系统和自然界中,低温热能利用对节能降碳具有重要意义。半导体温差发电无需动力循环、通过塞贝克效应将低温热能直接转为高品位电能,具有很好的发展前景。提升半导体温差发电系统性能途径主要有热电臂和... 详细信息

低温(热电臂和冷热源换热结构及其系统优化。在低温热能利用中热电臂与冷热源换热器结构优化特征规律尚不明确。建立了半导体低温温差发电系统数值模型,分析不同热电臂与冷热源换热结构,在不同工况下,考虑冷热源换热系统阻力与水泵能耗条件下,对温差发电系统净输出功率和发电效率的影响。结果表明,热源为35~100℃时热电臂为矮宽形净输出功率高;热源在60~100℃时,热电臂为瘦高形发电效率高,厚高换热翅片发电量与净输出功率较优;热源35℃时热电臂矮宽形系统净发电效率较高,薄高换热翅片净输出功率与净效率最高。

关键词：半导体温差发电系统热电臂换热翅片结构优化发电

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一种MEMS热电制冷器的设计

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北京理工大学学报 2004年第9期24卷 812-815页

作者：廖波孔德文陈旻李娜刘强北京理工大学信息科学技术学院电子工程系北京100081

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... 详细信息

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40K;冷端温度为290K时,制冷功率为3mW.

关键词：热电制冷器微电子机械系统热电臂

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热电器件各界面优化方法研究综述

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材料导报 2021年第19期35卷 19049-19054,19080页

作者：石峰邹佳朴吴子华谢华清王元元上海第二工业大学能源与材料学院上海201209

热电技术的发展及热电器件的广泛应用吸引了世界各国研究人员的目光。热电器件的结构分析及其导电、传热性能优化是提升热电器件转化效率的有效途径之一。本文主要介绍了Bi_(2)Te_(3)热电器件的陶瓷基板、金属电极、过渡层以及热电臂界... 详细信息

热电技术的发展及热电器件的广泛应用吸引了世界各国研究人员的目光。热电器件的结构分析及其导电、传热性能优化是提升热电器件转化效率的有效途径之一。本文主要介绍了Bi_(2)Te_(3)热电器件的陶瓷基板、金属电极、过渡层以及热电臂界面对热电器件内部的导电、传热性能的影响。综合目前已有研究,阐明了热电器件在实际设计及使用过程中,各个界面以及连接界面存在的问题和已有的解决方法,分析了热电器件在设计、优化过程中存在的不足。

关键词：碲化铋热电器件过渡层材料热电臂界面优化

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PbTe基温差发电器及其半固态粉末微成形工艺研究

PbTe基温差发电器及其半固态粉末微成形工艺研究

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作者：沈辉浙江大学

学位级别：硕士

本学位论文结合国家自然科学基金项目“基于热电材料的层叠阵列型温差发电构件及其半固态粉末微成形理论与方法研究”(资助号：51175460),以PbTe基温差发电器作为研究对象,开展了半固态粉末微成形工艺研究。首先,建立了温差发电单元的... 详细信息

本学位论文结合国家自然科学基金项目“基于热电材料的层叠阵列型温差发电构件及其半固态粉末微成形理论与方法研究”(资助号：51175460),以PbTe基温差发电器作为研究对象,开展了半固态粉末微成形工艺研究。首先,建立了温差发电单元的热电转化理论,对PbTe基单元的热电转化性能进行了优化研究;其次,分析了半固态粉末微成形工艺的可行性,针对制造温差发电单元中的PbTe基热电臂,进行了可行性验证,还设计了一种用于双向压制的半固态金属粉末成形装置;然后,对PbTe基热电臂的半固态粉末微成形工艺进行了实验研究,详细研究了不同工艺参数对结果的影响规律;再次,将该工艺制造出来的热电臂进行了热电性能测试,并研究了相关工艺参数对热电性能的影响规律;最后,设计了三种阵列型温差发电器,建立了温差发电器的热电转化理论,并进行热电转化性能分析。第1章,阐述了本学位论文的研究背景与意义,详细介绍了当前国内外热电材料和温差发电器的研究现状,以及热电臂制造工艺的研究现状,并在此基础上,提出了论文的主要研究内容。第2章,根据温差发电基本原理,建立了PbTe基温差发电单元的热电转化理论模型;基于热电转化理论模型设计并优化了温差发电单元。第3章,首先综述了半固态粉末微成形技术的研究现状,设计了该技术的工艺流程;其次,通过实验进行了PbTe基热电臂的半固态粉末微成形工艺可行性研究;最后,从提高成形零件的性能和质量等角度考虑,设计了可以用于双向压制的半固态粉末微成形系统。第4章,详细介绍了PbTe基热电臂的半固态粉末微成形实验方案,进行了实验研究;分析了不同工艺参数对半固态粉末微成形的影响规律,研究的工艺参数主要包括：成形温度、成形压力、保温时间、保压时间、模具润滑情况、粉末粒度组成、热电臂的高径比。第5章,首先介绍了用于热电性能测试的PbTe基热电臂的制造方法与结果;其次,介绍热电性能测试的原理以及测试方法,主要测试其热导率、电导率和Seebeck系数;最后,对测试结果进行分析,研究相关工艺参数对热电性能的影响规律,为设计与优化半固态粉末微成形工艺提供依据,进而探索制造出高性能热电臂的工艺方法。第6章,设计了三种阵列型温差发电器,分别是平板阵列型、环形阵列型和层叠阵列型;将阵列型温差发电器内部的温差发电模块进行简化,建立其热电转化理论模型,主要研究了温差、接触电阻、接触热阻、热电臂直径以及相邻两个热电臂间距等因素对PbTe基温差发电器热电转化性能的影响规律。第7章,总结了论文的主要研究工作,并展望了未来的研究工作。

关键词：半固态成形粉末成形微成形温差发电器热电材料 PbTe 热电臂

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基于铜质结构的热电堆制冷性能数值分析及实验研究

基于铜质结构的热电堆制冷性能数值分析及实验研究

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作者：邢志忠华北电力大学

学位级别：硕士

如今,微电子芯片已经进入纳米尺度,用于冷却芯片的热电臂仍停留在毫米尺度,远远落后于电子芯片的工艺水平。这主要是因为,当制冷单元的工作条件和材料确定后,其制冷量Q仅取决于热电臂的长度L和其横截面积S的比值。若想减小热电臂的截面... 详细信息

如今,微电子芯片已经进入纳米尺度,用于冷却芯片的热电臂仍停留在毫米尺度,远远落后于电子芯片的工艺水平。这主要是因为,当制冷单元的工作条件和材料确定后,其制冷量Q仅取决于热电臂的长度L和其横截面积S的比值。若想减小热电臂的截面积S且不影响制冷效果,势必要同比例减小热电臂的长度L。然而,减小热电臂长度L会导致热电堆的冷热端距离较近,产生大量内部热量传递,使热电堆的工作效率大幅下降。如果能够通过优化热电堆结构避免这一问题,就有望获得超高集成度的热电堆,可大幅提升其热流密度和工作效率。本文在传统结构热电堆的热电臂中加入中间导体,形成了冷热端分离的结构。运用COMSOL Multiphysics的热电模块,以不同材质,不同长度的中间导体建立的热电堆为研究对象。分析了不同材质、不同长度的中间导体对热电堆冷热端温度的影响规律;比较了不同运行工况下,不同长度中间导体的温度场;进一步分析了不同长度的中间导体对热电臂温度的影响;并研究了热电臂长面比,对铜质结构热电堆冷热端温度的影响规律。为实验中热电堆的选型奠定基础。实验中,利用隔板式电堆制作法,制造了多种尺寸的铜质结构热电堆。利用温度采集系统记录了传统热电堆和铜质结构热电堆的冷热端温度数据和红外热像图,对模型和模拟结果进行了验证。并分析了铜质结构热电堆相较于传统结构热电堆的优势。研究结果表明:相同工况下,铜材作为中间导体时,热电堆的冷端温度低于铝材热电堆的冷端温度。中间导体越长,热电堆冷、热端温度越低。改变中间导体的长度对热端热电臂的影响大于冷端热电臂。在一定范围内,热电臂的长面比l/S越大,热电堆的冷端温度越低,热端温度越高。输入电流大于1.5A时,热电臂长面比为2、2.5、3的热电堆冷端温度出现了急剧上升。因此,在设计热电堆时,不能一味追求长面比较大的热电臂和较长的中间导体,应结合实际制冷场合的需求,选择合适尺寸的中间导体和热电臂。实验值与模拟值存在一定误差,但总体趋势一致。实验验证了模型和模拟结果的正确性。最后,实验发现,输入电流为2A时,铜质结构热电堆冷热端最大温差ΔT可达90℃。本文采用实验和数值模拟相结合的方法研究了铜质结构热电堆的温度场。这种冷热端分离的结构,开启了对热电堆结构的全新探索。拓展热电制冷技术的应用领域,对节能环保事业起到促进作用。

关键词：热电制冷热电堆热电臂铜质结构

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