熱電發電系統之研究：最佳化發電及振盪邊界條件之影響

Abstract

熱電發電器是一種將廢熱轉換成電能之設備，其具有很大之前景性，熱電系統具有相對較低之能源轉換效率，為解決此問題，有研究者投入尋找更佳之熱電材料；另一方面，有學者為推廣綠色能源，使用廢熱回收作為熱電系統之熱源。本研究針對熱電發電系統，分為兩個部分：第一部分為使用田口方法優化熱電系統及第二部分為初步探討振盪邊界條件對熱電發電器的影響之研究。 第一部分的研究中，首先，為提高熱電發電系統之效率，使用田口方法對六個因子進行有限元素法數值模擬分析。六個因子包含熱沉的長度和寬度、鰭片的高度和厚度、熱側表面的溫度以及外部負載電阻，考慮五個水準之內範圍，將條件排列成L25 （65） 直交表。結果顯示，對於熱電發電系統輸出?率及效率，最重要之影響因子為熱側表面溫度，而熱沉寬度對其影響則是微乎其微，熱沉通過分析方法將其近似於有效熱對流係數，並使用田口方法L9 （43） 直交表進行模擬分析。結果顯示，熱沉的長度對有效熱對流係數之影響最大。使用兩階段優化熱電發電系統之性能，利用田口方法達到第一級優化，第二級優化?率-電流曲線，熱電發電系統之輸出?率可進一步提高6%。 第二部分的研究中，藉由振盪邊界週期性對熱電發電器之影響進行初步探討，分別在熱側表面及冷側表面溫度使用正弦波型週期性溫度邊界條件，針對振盪週期及振盪振幅兩種因子模擬分析，熱側表面或冷側表面為正弦波型溫度且另一側表面溫度為固定溫度，與兩側表面為固定溫度進行比較。結果顯示，振盪週期對熱電發電器之性能沒有影響，振盪振幅越大導致性能越好，熱電發電器兩側表面溫度差會直接影響熱電性能，改變熱側表面溫度為振盪邊界相較改變冷側表面溫度影響更顯著，使用振盪邊界之熱電發電器輸出?率最高可提高18%（振盪週期及振幅分別為30min及75K）。

Date of Award	2015 Aug 13
Original language	Chinese
Supervisor	Wei-Hsin Chen (Supervisor)