(19)中华 人民共和国 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 202111631691.1 (22)申请日 2021.12.28 (71)申请人 南京航空航天大 学 地址 210016 江苏省南京市御道街2 9号 (72)发明人 许志恒　边明鑫　汤晓斌　刘云鹏　 赵桓妤　 (74)专利代理 机构 北京邦中知识产权代理有限 公司 11827 代理人 方岩　张君 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 强化被动散热 型热电腿及其设计方法 (57)摘要 本发明公开了一种强化被动散热型热电腿 的设计方法， 其中热电腿连接热电器件的冷热 端， 热电器件利用其冷热端的温差将热能转换为 电能， 设计方法包括： 通过改变热电腿的几何外 形增加侧面面积， 以增强侧面上的被动散热从而 增加上述冷热端的温差， 提高热电器件的输出功 率。 本发明还涉及了几种强化散热型的热电腿， 以及各种热电腿的制造方法。 本发 明提出的设计 方法， 通过调整热电腿的几何形状来增加侧面面 积， 强化侧面上的被动散热， 通过调整热电腿的 几何参数改变其内阻和散热能力， 从而提高其输 出性能和能量转换效率。 根据热电腿 所处空间大 小， 工作环境和热源温度， 优化热电腿的几何参 数， 使之具有最佳的散热效果和内阻， 产生最佳 的输出性能参数。 权利要求书1页 说明书11页 附图6页 CN 114386257 A 2022.04.22 CN 114386257 A 1.一种强化被动散热型热电腿的设计方法， 其中热电腿安装在热电器件内部， 连接热 电器件的冷热端， 所述热电器件利用冷热端的温差将热能转换为电能， 其特征在于， 所述设 计方法包括： 通过改变所述热电腿的几何外形增加侧面面积， 以增强所述侧面上的被动散热从而增 加所述冷热端的温差， 提高所述热电器件的输出功率。 2.如权利要求1所述的强化被动散热型热电腿的设计方法， 其特征在于， 通过改变所述 热电腿的几何外形增加侧 面面积的方法包括： 使所述热电腿的朝向连续变化， 从而使所述 热电腿具有螺 旋结构。 3.如权利要求2所述的强化被动散热型热电腿的设计方法， 其特征在于， 沿螺旋线拉伸 底面， 从而 形成所述热电腿的螺旋形状， 且通过螺旋 半径、 螺旋圈数和螺距调整 所述热电腿 的侧面散热面积和内阻。 4.如权利要求1所述的强化被动散热型热电腿的设计方法， 其特征在于， 通过改变所述 热电腿的几何外形增加侧 面面积的方法包括： 所述热电腿的横截面包括轮辐形状， 从而增 加所述热电腿的侧面积和内阻。 5.如权利要求4所述的强化被动散热型热电腿的设计方法， 其特征在于， 通过所述轮辐 形状的热电腿的第一内径、 第一外径、 轮辐数量、 轮辐张角、 轮辐长度、 设定高度调整 所述热 电腿的侧面散热面积和内阻。 6.如权利要求1所述的强化被动散热型热电腿的设计方法， 其特征在于， 通过改变所述 热电腿的几何外形增加侧面面积的方法包括： 将所述热电腿的侧面设置为凹凸的葫芦形 状， 从而改变所述热电腿的侧面形状。 7.如权利要求6所述的强化被动散热型热电腿的设计方法， 其特征在于， 通过所述葫芦 形状的热电腿的第二内径、 第二外径和所述葫芦数量、 葫芦高度调整所述热电腿的侧 面散 热面积和内阻。 8.根据权利要求1 ‑7中任一项所述的设计方法获得的强化被动散热 型热电腿。 9.根据权利要求8所述的强化被动散热型热电腿， 其特征在于， 使用选区激光熔化和光 固化的方式， 将热电材料通过层层烧结 的方式堆积成具有螺旋形状、 轮辐形状或葫芦形状 的热电腿。 10.根据权利要求8所述的强化被动散热型热电腿， 其特征在于， 使用模具压制成型和 减材制造的方式将热电材 料制备成具有螺 旋形状、 轮辐形状或葫芦形状的热电腿。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114386257 A 2强化被动散热型热电腿及其设计方 法 技术领域 [0001]本发明涉及半导体热工和能量转换技术领域， 具体涉及 一种强化被动散热型热电 腿的几何设计与制备 方法。 背景技术 [0002]热电器件是一种能够将热能转换为电能的装置， 主要用于废热回收、 热电转换等 领域， 比如将工业设备、 壁炉以及其他装置产生的热量转换为电能实现废热利用， 也可以作 为同位素温差电池的能量转换部件， 将同位素源衰变产生的热量转换为电能供给用电设 备。 其中热电腿是热电器件内进行能量转换 的核心部件， 热电器件是 由多组热电腿通过电 极相互连接组成。 [0003]热电器件是基于塞贝克效应将热能直接转换为电能的装置， 没有转动部件， 属于 静态换能。 其工作原理可以简述如下： 当热电腿连接在热电器件的冷热端时， 在热电腿的两 端会形成温度差， 其内部的载流子在温度梯度的作用下发生聚集进而 形成内建电场。 把由N 型和P型材料制成的热电腿通过串联或并联 的方式连接在一起组成热电器件， 在外接电路 时就会有电流产生。 为了达到更大 的功率输出和能量转换效率， 研究人员发现热电器件所 用热电材料应该具有： 1)较小的热导率和较大 的塞贝克系数， 进而使热电腿两端产生较大 的温差， 并将温差大比例系数地转换为电压； 2)较大的电导率， 进而使 热电腿具有较小的电 阻。 此外， 热电腿两端的温差同样会影响热电腿的热电转换效率， 目前研究人员主要通过降 低热电材料的热导率和使用水冷装置或风扇对热电器件的冷端强制降温两种方式来增加 温差。 发明内容 [0004]针对现有技术的不足， 本发明提供一种强化被动散热型热电腿的设计方法， 其中 热电腿连接热电器件的冷热端， 上述热电器件利用冷热端的温差将热能转换为电能， 上述 设计方法包括： 通过改变上述热电腿的几何外形增加侧 面面积， 以增强上述侧 面上的被动 散热从而增 加上述冷热端的温差， 提高热电器件的输出功率。 [0005]进一步地， 通过改变上述热电腿的几何外形增加侧面面积的方法包括： 使上述热 电腿的朝向连续变化， 从而 使上述热电腿具有螺 旋结构。 [0006]进一步地， 沿螺旋线拉伸底面， 从而形成上述热电腿的螺旋形状， 且通过螺旋半 径、 螺旋圈数和螺距调整上述热电腿的侧面散热面积和内阻。 [0007]进一步地， 通过改变上述热电腿的几何外形增加侧面面积的方法包括： 上述热电 腿的横截面包括轮辐形状， 从而增 加上述热电腿的侧面积和内阻。 [0008]进一步地， 通过轮辐形状的热电腿的第一内径、 第一外径、 轮辐数量、 轮辐张角、 设 定高度调整上述热电腿的侧面散热面积和内阻。 [0009]进一步地， 通过改变上述热电腿的几何外形增加侧面面积的方法包括： 将上述热 电腿的侧面设置为凹凸的葫芦形状， 从而改变上述热电腿的侧面形状。说　明　书 1/11 页 3 CN 114386257 A 3