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Numerical optimisation of segmented thermoelectric elements

Müller, Eckhard und Walczak, Steven und Seifert, Wolfgang und Stiewe, Christian und Karpinski, Gabriele und Platzek, Dieter und Svechnikova, Tatyana Evgenievna und Shelimova, Lyudmila Evgenievna (2005) Numerical optimisation of segmented thermoelectric elements. In: Proc. 3rd European Conf. Thermoelectrics, Ecole des Mines Nancy, FR, 2005, Seiten 22-30. ECT 2005 - 3rd European Conf. Thermoelectrics, 2005-09-01 - 2005-09-02, Nancy (FR).

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Kurzfassung

Graded and segmented thermoelements have been considered for long, aiming at improving the performance of thermogenerators (TEG) which are exposed to a large temperature difference. A numerical algorithm for performance estimation of TEG and Peltier elements has been previously developed using the tool MATHEMATICA. It is capable to calculate the exact temperature profile along a segmented element in a one-dimensional model. The algorithm is based on the constant properties assumption in each of the segments providing the opportunity of treating quasi-continuous gradients. Integral quantities like the internal resistance, thermal resistance, voltage drop, and output voltage as well as performance parameters like cooling power, C.O.P., and temperature difference (for a Peltier device) or output power and efficiency (for a TEG, respectively) are deduced taking into account the real temperature dependence of the materials properties. The process was repeatedly executed in a current loop to select optimum operation parameters. Practical examples illustrate the quantitative improvement of performance which is ideally achievable by segmentation of TEG and Peltier cooler elements. A performance estimation methodology for prepared segmented elements has been established linking this algorithm to an experimental technique of spatial scanning of the Seebeck coefficient on segmented elements by the Seebeck micro-thermoprobe (SMP). The method is regarding temperature dependent thermoelectric (TE) properties which have been measured on homogeneous samples representing properties of individual segments. The performance of a segmented 2-stage TEG element composed of real Czochralski-grown Bi<sub>2</sub>Te<sub>3</sub>-based alloys has been estimated in dependence on the length ratio of the segments. Optimum segmentation schemes have been selected and maximum efficiency values up to 12–14% have been calculated. The performance was compared to exact calculation results of cascaded elements of identical design. Another practical example is illustrating quantitative improvement of performance achievable by segmentation of a Peltier cooler.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/21338/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag, Paper)
Titel:Numerical optimisation of segmented thermoelectric elements
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Müller, EckhardNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Walczak, StevenUniv. HalleNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Seifert, WolfgangUniv. HalleNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Stiewe, ChristianNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Karpinski, GabrieleNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Platzek, DieterNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Svechnikova, Tatyana EvgenievnaBaikov Institute of Metallurgy RAS, MoscowNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Shelimova, Lyudmila EvgenievnaBaikov Institute of Metallurgy RAS, MoscowNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2 September 2005
Erschienen in:Proc. 3rd European Conf. Thermoelectrics, Ecole des Mines Nancy, FR, 2005
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Seitenbereich:Seiten 22-30
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Lenoir, BertrandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Dauscher, AnneNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Status:veröffentlicht
Stichwörter:thermoelectric devices, modelling, thermogenerator, efficiency, power, Peltier cooler, COP, cooling power
Veranstaltungstitel:ECT 2005 - 3rd European Conf. Thermoelectrics
Veranstaltungsort:Nancy (FR)
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:1 September 2005
Veranstaltungsende:2 September 2005
Veranstalter :INPL, Ecole des Mines Nancy, FR
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Antriebe (alt)
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L ER - Antriebsforschung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Virtuelles Triebwerk und Validierungsmethoden (alt)
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Werkstoff-Forschung > Keramische Struktur- und Funktionswerkstoffe
Hinterlegt von: Müller, Dr.phys. Wolf Eckhard
Hinterlegt am:23 Jan 2006
Letzte Änderung:24 Apr 2024 19:02

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