本发明涉及一种温差发电装置，尤其是涉及一种热电材料发电的环形热电偶单元及环形热电材料发电器。
背景技术：
热电材料具有塞贝克效应，当热电材料两侧有温差时，可在其两侧产生电位差，即可将热能转化为电能。由于热电器件可以直接实现电能与热能相互转换，早期主要是用来探测温度，后来随着高性能热电材料的开发，被广泛用于电子控温、废热发电和航天电池组等领域。
热电材料发电装置容易维护、节能环保、简单稳定。目前利用热电技术进行工业余热或汽车尾气的温差发电，逐渐显现出广阔的市场前景。然而温差发电的效率和功率还有待进一步提高，以适应其不断广泛的应用需求。
技术实现要素：
为了提高热电材料发电的比功率（单位质量热电材料的输出功率），本发明提出了一种热电材料发电的热电偶单元及其环形热电材料发电器，适用于热源是圆柱体，尤其是当热源为燃煤锅炉和汽车排气筒时，可实现废热有效利用。
本发明所采用的技术方案：
一种环形热电材料发电器的热电偶单元，包括p型热电材料支腿（3）、n型热电材料支腿（4）以及金属连接片/电极（6），所述热电偶单元两端面为同心圆弧端面，以ɵ为热电材料支腿的周向夹角，r1和r2分别为圆柱体热源的圆心到热电材料支腿上端和下端的径向距离，所述p型热电材料支腿（3）和n型热电材料支腿（4）通过高导电性能金属连接片/电极（6）连接，构成环形热电偶，所述热电偶单元中p型及n型热电材料支腿径向宽度与半径成正比，厚度与半径成反比，使p型及n型热电材料支腿在径向方向截面积相等。
一种采用如前所述热电偶单元的环形热电材料发电器，由环形管及一定数量的热电偶单元和引出电极构成，环形管的内壁和外壁采用导热电绝缘陶瓷板，所述环形管内壁（5）为高温端，内部流经高温热源（1），环形管外壁（2）为低温端，热电偶单元夹在环形管内壁、外壁两层导热电绝缘陶瓷板中间，各热电偶单元通过金属连接片/电极依次连接。
本发明的有益效果：
1、本发明热电材料发电的热电偶单元，结构设计合理，提高了环形热电发电器的比功率。所述环形热电材料支腿在径向宽度与半径成正比，厚度与半径成反比时，可使p型及n型热电材料支腿在径向方向截面积相等，此时可使其比功率，即单位质量的输出功率达到最大。为大功率、高效能的温差发电装置提供了基础。
2、本发明环形热电材料发电器，适用于热源是圆柱体，尤其是当热源为燃煤锅炉和汽车排气筒时，可实现废热有效利用。采用等截面面积的热电材料支腿型环形热电发电器，相比现有的热电材料支腿型环形热电发电器，比功率显著提高。
附图说明
图1是本发明环形热电材料发电器的结构示意图；
图2是本发明热电材料发电的热电偶单元的平面结构示意图；
图3是本发明热电材料发电的热电偶单元的立体结构示意图；
图4是等截面面积的环形热电发电器比功率与等厚度的环形热电发电器比功率的比值pm/pm0与r2/r1的关系图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
实施例1
参见图1、图2、图3，本发明环形热电材料发电器的热电偶单元，包括p型热电材料支腿3、n型热电材料支腿4以及金属连接片/电极6，所述热电偶单元两端面为同心圆弧端面，以ɵ为热电材料支腿的周向夹角，r1和r2分别为圆柱体热源的圆心到热电材料支腿上端和下端的径向距离，所述p型热电材料支腿3和n型热电材料支腿4通过高导电性能金属连接片/电极6连接，构成环形热电偶，所述p型及n型热电材料支腿径向宽度与半径成正比，厚度与半径成反比，使p型及n型热电材料支腿在径向方向截面积相等。
实施例2
参见图1、图2、图3，本实施例为采用实施例1所述热电偶单元的环形热电材料发电器，由环形管及一定数量的热电偶单元和引出电极构成，环形管的内壁和外壁采用导热电绝缘陶瓷板，所述环形管内壁5为高温端，内部流经高温热源1，环形管外壁2为低温端，热电偶单元夹在环形管内壁、外壁两层导热电绝缘陶瓷板中间，各热电偶单元通过金属连接片/电极依次连接。
本发明环形热电材料发电器，适用于热源是圆柱体，尤其是当热源为燃煤锅炉和汽车排气筒时，可实现废热有效利用。参见图1、图2，图中5为导热电绝缘陶瓷板，6为金属连接片，当中心的高温热源端1和最外侧低温端（环形管外壁2设有散热翅片）有温差时（即
图2所示为图1中的一个环形热电偶单元，ɵ为热电材料支腿的周向夹角，t1为位于中心的高温热源端温度，t2为最外侧的低温端温度，二者的温差为dt，r1和r2分别为圆柱体热源的圆心到热电材料支腿上端和下端的径向距离，p型和n型热电材料支腿通过高导电性能金属连接片连接，构成环形热电偶，夹在两个导热电绝缘陶瓷板中间，形成三明治结构的环形热电发电器，i为电流，为逆时针方向，rl是外串电阻，代表外接用电器件，比如微电子器件。环形热电材料发电器用作微电子器件电源，亦可为蓄电池充电。
如图3所示，环形热电发电器径向宽度与半径成正比，厚度与半径成反比，使p型及n型热电材料支腿在径向方向截面积相等，此时，环形热电发电器的比功率最大。
图4所示为等截面面积的环形热电发电器比功率与等厚度的环形热电发电器比功率的比值pm/pm0与r2/r1的关系图（比功率对比曲线）。横坐标为热电偶的外径和内径比r2/r1；纵坐标是等截面面积环形热电发电器的比功率和等厚度环形热电发电器的比功率的比值pm/pm0，该比值大于1，而且随着r2/r1的增大，比值pm/pm0是增大的。这说明，等截面面积环形热电发电器的比功率获得了较大提高，且随着热电偶的径向长度增大，比功率不断增大。