CN109841723A - 一种热电构件 - Google Patents
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Abstract
一种热电构件，包括热电元件1和热电元件2，热电元件1的一端与热电元件2的一端连为一体，热电元件1和热电元件2的另一端分别为热端和冷端，其中，热电元件1的截面积、热电元件2的截面积均大于热电元件1与热电元件2相连处的截面积。本发明的热电构件从热端到冷端的优值系数大于其材料的优值系数，适用于制造热电发电、热电致冷或半导体制冷、热电偶等热电产品装置、器件，以提高器件或发电装置效率，拓展市场空间。
Description
技术领域
本发明涉及一种热电构件，属于电子技术领域。
背景技术
热电材料是一种能将热能和电能相互转换的功能材料，热电材料的优值系数的大小，决定热电转换效能的高低。由于现有热电元件的优值系数与其热电材料的优值系数相等，而且目前热电材料的优值系数在0.004K-1左右，所以，现有热电元件的优值系数较低，热电转换的工作效率不高，现有热电元件制造的热电发电装置、热电致冷器件或半导体制冷器件以及其它热电产品、器件等应用受到局限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热电构件，它的优值系数高于其热电材料的优值系数。
为达到上述目的，本发明通过热电构件的特殊结构及连接方式来提高其优值系数。
本发明提供一种热电构件，包括热电元件1和热电元件2，热电元件1的一端与热电元件2的一端连为一体，热电元件1和热电元件2的另一端分别为热端和冷端，其特征在于：热电元件1的截面积、热电元件2的截面积均大于热电元件1与热电元件2相连处的截面积。
所述的一种热电构件，优选的，热电元件1与热电元件2十字形相连。
所述的一种热电构件，优选的，热电元件1的截面、热电元件2的截面积为热电元件1与热电元件2相连处截面积的2至200倍。
所述的一种热电构件，优选的，热电元件1的长度是热电元件2的长度的2至20倍。
本发明的一种热电构件两端分为热端和冷端，分别在热电元件1和热电元件2不相连的另一端上。热电构件工作时的热流方向从热端流向冷端，因此，本发明的热电构件的优值系数是一个向量，方向为从热端到冷端。
本发明的热电构件可以从热电材料板件中整体切割、镕铸、粉末冶金等各种方式制作而成；也可以在热电元件1和热电元件2相连处用焊料焊接或者焊接小于1毫米厚度等面积的强导电导热件。热电元件1和热电元件2可以是柱形、台形、方形等各种形状。热电元件1和热电元件2可以是上下相连、侧相连、斜相连等多种方式。P型、N型热电材料分别制作P型、N型热电构件。
本发明的热电构件适用半导体合金型热电材料、方钴矿热电材料、金属硅化物型热电材料、氧化物型热电材料、准晶材料、功能梯度材料、低维热电材料等各种热电材料制作，适用于热电材料相应的温度范围。热电材料为拉晶材料时，尽可能使热电构件两端间有更多的解理面相连。相同类型热电材料的热电元件1和热电元件2制作该类型的热电构件。
下面结合附图1进一步说明：
本发明的热电构件，由热电元件1和热电元件2组成，截面积分别为S1和S2，长度分别为L1和L2，电阻分别为R1和R2，热导分别为K1和K2，热电元件1和热电元件2相连处的截面积为S3。其中，S1＞S3，S2≥S3。热电材料的优值系数Z材＝α2σ/λ，其中，α、σ、入分别为热电材料的温差电动势、电导率、热导率，优值系数的单位是K-1。热电元件1和热电元件2不相连的另一端分别为热端和冷端。
在热电构件周边环境绝热条件下，有：
热电元件1的优值系数：Z1＝α2/R1K1＝Z材×S1/S2＝Z材×S1/S3
热电元件2的优值系数：Z2＝α2/R2K2＝Z材×S2/S2＝Z材
本发明的热电构件的优值系数是一个向量，方向为从热端到冷端。因此，热电元件2的优值系数与热电材料的优值系数相等。S1＞S3，所以，热电元件1的优值系数Z1大于热电材料的优值系数Z材，当热电材料优值系数Z材一定时，热电元件1的优值系数Z1与S1/S3的比值成正比。因此，可以通过增大S1/S3的比值来提高热电元件1的优值系数Z1，随着热电元件1的优值系数Z1的提高，热电构件的优值系数Z3相应增大，Z3＝Z材+(Z1-Z2)。同时，增加热电元件1和热电元件2的长度L1和L2，本发明的热电构件最大温差值增大。
为进一步提高本发明的热电构件优值系数，可通过增大热电元件1的截面积和减小热电元件1和热电元件2相连处的截面积来获得。为减少热电构件热端热量向冷端的传导，在热电构件中可以设置两个以上的热电元件相互交错相连，并减小相连处的截面积。
本发明的热电构件替代现有热电元件，用于制造热电发电、热电致冷或半导体制冷、热电偶等热电产品装置、器件，以提高制冷、发电装置或器件的效率，拓展市场空间。在装置、器件等热电产品内空隙可用绝电绝热材料填充或进行真空处理，减少冷热损失。
附图说明
图1为本发明的主视图。
图1中：1-热电元件1，2-热电元件2，3-冷端，4-热电元件1和热电元件2相连处，5-热端。
图2为本发明的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图1对本发明的实施例进行阐述。
例1：一种热电构件，热电材料优值系数Z材＝0.003K-1，热电元件1的截面积S1＝4平方毫米，长度L1＝4毫米，热电元件2的截面积S2＝4平方毫米，长度L2＝1毫米。相连处截面积S3＝0.2平方毫米。
则S1/S3＝20，Z3＝Z1＝0.003K-1×20＝0.06K-1。因此，在绝热条件下，该半导体热电构件从热端到冷端的优值系数为0.06 K-1，方向为从热电元件1的热端到热电元件2的冷端。
例2：一个半导体热电构件，热电材料优值系数Z材＝0.0025K-1，热电元件1的截面积S1＝3平方毫米，热电元件2的截面积S2＝2平方毫米，L1＝2毫米，L2＝1毫米，相连处截面积S3＝0.1平方毫米。
则S1/S3＝30，Z3＝Z1＝0.0025K-1×30＝0.075 K-1。因此，在绝热条件下，该半导体热电构件从热端到冷端的优值系数为0.075 K-1，方向为从热电元件1的热端到热电元件2的冷端。
例3：一个半导体热电构件，热电材料优值系数Z材＝0.0035K-1，热电元件1的截面积S1＝4平方毫米，S2＝4平方毫米，L1＝4毫米，L2＝1毫米。热电元件1和热电元件2用焊接方式相连，相连处的截面积S3＝0.1平方毫米，在不考虑焊接电阻情况下，则S1/S3＝40，Z3＝Z1＝0.0035K-1×40＝0.14 K-1。因此，在绝热条件下，该半导体热电构件从热端到冷端的优值系数为0.14 K-1，方向为从热电元件1的热端到热电元件2的冷端。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构，或直接或间接运用在其他相关的技术领域均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (4)
1.一种热电构件，包括热电元件1和热电元件2，热电元件1的一端与热电元件2的一端连为一体，热电元件1和热电元件2的另一端分别为热端和冷端，其特征在于：热电元件1的截面积、热电元件2的截面积均大于热电元件1与热电元件2相连处的截面积。
2.如权利要求1所述的一种热电构件，其特征在于：热电元件1与热电元件2十字形相连。
3.如权利要求1所述的一种热电构件，其特征在于：热电元件1的截面积、热电元件2的截面积为热电元件1与热电元件2相连处截面积的2至200倍。
4.如权利要求1所述的一种热电构件，其特征在于：热电元件1的长度是热电元件2的长度的2至20倍。
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