[論文レビュー] Segmented thermoelectric generators: Impact of junction temperature variation on the series circuit's properties

Y. Apertet, Henni Ouerdane+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 25, 2012

Advanced Thermoelectric Materials and Devices被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、直列に接続された2つの熱電発電素子（TEGs）のモデルを提示し、界面における熱的連続性が、電流に依存する界面温度変動に起因する予期しない電気的抵抗項を導入することを示している。研究では等価直列の性能指標を導出し、直列および並列接続における熱的・電気的対称性が顕在化することを明らかにした。これにより、熱電接続性の分析が進展した。

ABSTRACT

We present and analyze a model of a system constituted of two thermoelectric generators (TEGs) thermally and electrically connected in series. For simplicity the parameters of both TEGs are assumed to be temperature-independent. The derivation of the equivalent electrical series resistance yields an unexpected term whose meaning and impact are discussed. We demonstrate that this term must exist as a consequence of thermal continuity at the interface, since it is related to the variation of the junction temperature between the two TEGs as the electrical current varies. We then derive an expression for the equivalent series figure of merit and use it to discuss the approach of thermoelectric compatibility. Finally we highlight the strong thermal/electrical symmetry between the parallel and series configurations.

研究の動機と目的

• 温度に依存しない熱電気的パラメータを仮定したもとで、2つのTEGsを直列に接続した際の電気的および熱的挙動をモデル化すること。
• 界面における熱的連続性に起因する、電流に依存する界面温度変動が等価直列抵抗に与える影響を調査すること。
• システムの性能および適合性を評価するための等価直列の性能指標を導出すること。
• 熱電発電システムにおける直列接続と並列接続の間の対称性を検討すること。

提案手法

• 温度に依存しない材料パラメータを仮定した2つのTEGsの直列接続に対する熱電気的結合モデルを構築する。
• 等価直列抵抗を導出し、電流に伴う界面温度変動に起因する予期しない項が生じることを特定する。
• この項の物理的起源が、界面における熱的連続性に起因することを確立する。
• 直列接続における熱電適合性を評価するための等価直列の性能指標を導出する。
• 直列接続と並列接続を比較し、強い熱的・電気的対称性が存在することを明らかにする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 直列に接続された2つのTEGs間の界面温度変動が、等価直列抵抗にどのように影響を与えるか？
• RQ2 直列モデルにおける予期しない抵抗項の物理的起源とその重要性は何か？
• RQ3 直列接続TEGシステムの熱電適合性を評価するための等価性能指標をどのように定義できるか？
• RQ4 熱電発電素子システムにおける直列接続と並列接続の間にどのような対称性が存在するか？

主な発見

• 電流に依存する界面温度変動に起因する予期しない抵抗項が、界面における熱的連続性に起因して等価直列抵抗に現れる。
• 導出された等価直列の性能指標により、直列接続TEGsにおける熱電適合性の体系的評価が可能になった。
• モデルは直列接続と並列接続の間の強い熱的・電気的対称性を明らかにした。これにより、類似した設計原則が適用可能であると示唆された。
• 温度依存の抵抗項は無視できない。これは、界面を貫る熱の流れの物理的連続性に直接起因するからである。