(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210916022.7 (22)申请日 2022.08.01 (71)申请人 集美大学 地址 361021 福建省厦门市集美区银 江路 185号 (72)发明人 曹文胜　徐建壮　王保霖　雷杰　 (74)专利代理 机构 厦门市新 华专利商标代理有 限公司 3 5203 专利代理师 罗恒兰 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/13(2006.01) G06F 17/14(2006.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 一种单级温差发电器结构的优化方法 (57)摘要 本发明涉及一种单级温差发电器结构的优 化方法， 其利用傅里叶定律和微积分的计算原 理， 对单级温差发电器中PN型热电臂的横 截面积 计算方法进行了优化， 即当输出效率达到最大值 时， P型和N型 热电臂的横截面积计算公式为： 本发明优化 时考 虑了温度对 热电材料性能的影 响， 提高了单级温 差发电器结构设计的精度。 权利要求书3页 说明书7页 附图4页 CN 115408824 A 2022.11.29 CN 115408824 A 1.一种单级温差发电器结构的优化方法， 其特征在于： 该优化方法利用傅里叶导热定 律将传递热量 Qk的数学表达式改为： 当热导率为常数， 两表面温度为均匀恒定的均质平板时， 左表面传入的热流的速率与 从右边传出的相对， 故得到式(5)： 式中： Q——为传递的热量； q——为热流的传递速 。 将其推广到n层复合平板， 可以得到式(6)： 对于单级温差发电器中的热电材料， 热导率是随温度的变化而变化的， 以 △T为标准， 将其平均的划分为 n层的平板结构， 得到 其中， 由公式可化简得到： 当该热电臂的高度为Hn时， 根据公式(9)， 可以得到温度为Tw和Tw+1这一层的平板， 其高 度的表达式为： 单级温差发电器中的P型和N型 热电臂皆为长方体， 所以电阻的表达式为： 式中： R——为导体的电阻； L——为导体的高度； A——为导体的横截面积； ρ ——为导体的电阻率； σ ——为导体的电导 率； 由此， 联合公式(10)和公式(11)得到单级温差发电器中P型和N型热电臂的电阻值， 其权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115408824 A 2表达式如式(12)所示： 式中： RP， RN——分别为P型和N型 热电臂的电阻值； H——为热电臂的高度； 当△T无限趋近与零时， n将趋 近与无穷， 依据微积分的知识得到式(13)： 将公式(13)代入输出效率计算公式即公式(1)： η——为温差发电器的输出效率； Th， Tc——分别为温差TEG的热端和冷端的温度； K——为TEG的热导系数； RL， Ri——分别为TEG的外 接电阻和内阻； αPN——为PN型 热电臂的等效塞 贝克系数； 经过计算后得， 当输出效率达 到最大值时， P型和N型 热电臂的横截面积计算公式为： HN——为N型热电臂的高度； HP——为P型热电臂的高度； Ap， AN——分别为P型和N型 热电臂的横截面积； κP， κN——分别为P型和N型 热电臂的热导 率；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115408824 A 3