1.一种变引脚横截面积的温差发电片,其特征在于,包括陶瓷板、沿尾气流动方向横截面积不断增加的PN结引脚和铜电极,所述PN结引脚由铜电极相互串联连接后,夹在上、下两端陶瓷板中间。
2.根据权利要求1所述的一种变引脚横截面积的温差发电片,其特征在于,所述PN结引脚沿着尾气流动方向分别为第1列,第2列,…第n列,其中,每一列PN结引脚的宽度w3、高度H3保持不变,第i列PN结引脚的长度为Li,其满足关系:Li+1-Li=Δl、Li=L1+(i-1)Δl,即PN结引脚长度按公差为Δl的等差数列增加;第i列PN结引脚的横截面积为Si,Si=w3×Li。
3.根据权利要求1所述的一种变引脚横截面积的温差发电片,其特征在于,所述陶瓷板的高度为H1,陶瓷板的总宽度、总长度均为
4.根据权利要求2所述的一种变引脚横截面积的温差发电片,其特征在于,第一列PN结引脚之间的间距为l0,第i列PN结引脚之间的间距为li,且li=l0-(i-1)×Δl,li>0。
5.根据权利要求4所述的一种变引脚横截面积的温差发电片,其特征在于,每一列铜电极的宽度w3、高度H2保持不变,第i列铜电极的长度lci满足:lci=2Li+li。
6.一种变引脚横截面积温差发电片的引脚横截面积的确定方法,其特征在于,确定第i列PN结引脚的热端温度、冷端温度;当i=1时,L1已知,可计算得到第一列PN结引脚的横截面积S1,由PN结引脚热端温度、冷端温度,计算第1列PN结引脚的输出电流I1;当i=2时,规定I2=I1,计算第2列PN结引脚的长度L2,可得PN结引脚长度公差Δl,从而计算得到第i列PN结引脚的横截面积Si。
7.根据权利要求6所述的一种变引脚横截面积温差发电片的引脚横截面积的确定方法,其特征在于,计算第i列PN结引脚的热端温度的具体过程为:计算热端换热器的内壁面温度T1,i: 其中Ch为热流体
的比热容, 为热流体的质量流量,Thi为第i列的热流体入口温度、Thi+1为第i+1列的热流体入口温度,h1为热流体的对流换热系数,A1为热流体与热端换热器的内壁面接触面积,为第i列的热流体平均温度,且计算PN结引脚的热端温度T4,i;
热端热流密度q1为: 根据热流密度相等,即:
其中,λh为热端换热器材料的热导率,δh热端换热器底板的厚度,T2,i为陶瓷板和热端换热器的接触面温度,λce为陶瓷板的材料热导率,T3,i为铜电极和陶瓷板的接触面温度,H1为陶瓷板的高度,λco为铜电极的材料热导率,H2为铜电极的高度;
则PN结引脚的热端温度
8.根据权利要求7所述的一种变引脚横截面积温差发电片的引脚横截面积的确定方法,其特征在于,计算第i列PN结引脚的冷端温度的具体过程为:计算冷端散热器的内壁面温度T8,i: 其中Cc为冷流体
的比热容, 为冷流体的质量流量,Tci为第i列的冷流体入口温度、Tci+1为第i+1列的冷流体入口温度,h2为冷流体的对流换热系数,A2为冷流体与冷端散热器的内壁面接触面积,为第i列的冷流体平均温度,且计算PN结引脚的冷端温度T5,i;
冷端热流密度q2为: 根据热流密度相等,即:
其中,λc为冷端散热器材料的热导率,δc冷端散热器底板的厚度,T7,i为陶瓷板和冷端散热器的接触面温度,T6,i为冷端铜电极和陶瓷板的接触面温度;
则PN结引脚的冷端温度
9.根据权利要求7或8所述的一种变引脚横截面积温差发电片的引脚横截面积的确定方法,其特征在于,计算第i列PN结引脚输出电流的具体过程为:计算第i列的PN结引脚输出电压Ui:Ui=m(αP-αN)×(T4,i-T5,i),式中m为每一列PN结引脚包含的PN结个数,αP为P极的塞贝克系数,αN为N极的塞贝克系数;
计算第i列的PN结引脚内阻Ri: 式中ρP为P极的电阻率,ρN为N极的电阻率,H3为PN结引脚的高度;
则第i列的PN结输出电流Ii:
10.根据权利要求9所述的一种变引脚横截面积温差发电片的引脚横截面积的确定方法,其特征在于,计算计算PN结引脚长度公差Δl具体过程为:当i=1时,L1已知,即S1=w3×L1,据此计算第1列PN结引脚的输出电流:当i=2时,I2=I1,求得L2:
则PN结引脚长度公差Δl,