通过强化热端吸热优化环状热电发电器件性能

王俊丽周亚杰谢华清王元元李奕怀毛健辉

(上海第二工业大学a.环境与材料工程学院;b.资源循环科学与工程研究中心,上海201209)

0 引言

热电发电器件(thermoelectric generators,TEGs)利用热电材料的塞贝克(Seebeck)效应在存在温差条件下将低品质的热能直接转换为高品质可直接利用的电能,具有体积小、性能稳定、无机械振动、使用寿命长等优点,在太阳能、地热能、余热利用等领域具有广阔的应用前景[1]。在余热利用领域,针对环状热源,基于相容性考虑,环状热电发电系统(ATE)被设计出来并受到了广泛关注。目前大量工作针对影响ATE性能的多种因素开展研究,以期提升其性能。然而,TEGs的性能不仅受材料性质及温差的制约还与热电偶的尺寸[2]、排列方式及几何形状[3-4]紧密相关。Weng等[5]讨论了热电偶数量和换热器覆盖面积对环形排列的热电发电器性能的影响,发现当热交换器的覆盖范围在40%～45%之间时,热电发电系统的性能达到最优值。Shen等[6]研究了环形形状参数Sr(环形热电偶凸面至圆中心的距离与环形热电偶凹面至圆中心的距离之比)对热电发电系统性能的影响,发现当Sr接近1时,输出功率有最大值,针对这一特点,合理设计热电偶的大小,有助于提高热电发电器的性能。Liu等[7]设计了一种新型的两级热电偶,通过改变热电偶的排布方式提升ATE的性能。文献[8-9]中提出了通过优化TEG的尺寸以提升热电发电系统性能的方法。另外,ATE热端温度不均匀也会导致其性能的下降。

除以上因素外,还有另外一个重要的影响ATE的因素,即为热端吸热,这是能否充分利用热源热量的关键因素。……