Poprawa gęstości mocy TEG poprzez zintegrowaną strukturę rurek cieplnych
Urządzenie TEG ze zintegrowanymi rurkami cieplnymi poprawia wydajność wymiany ciepła pomiędzy źródłami zimna/ciepła a modułami termoelektrycznymi. Naukowcy wprowadzili konstrukcje rurek cieplnych do tradycyjnych projektów piętrowych, wykorzystując wysoką przewodność cieplną rurek cieplnych do zmiany kierunku wymiany ciepła, dzięki czemu kierunek układania jest zgodny z kierunkiem przepływu ciepła, co pomaga zintegrować więcej modułów termoelektrycznych w ograniczonej przestrzeni. W wyniku eksperymentów laboratoryjnych przy przepływie ciepła 650 K i 50 ms-1 urządzenie TEG może generować moc wyjściową 848,37 W i bardzo wysoką gęstość mocy na poziomie systemu wynoszącą 48,22 WL-1, osiągając znacząca poprawa gęstości mocy. Tymczasem można go rozszerzyć na różne scenariusze zastosowań, zmieniając strukturę układania.
Struktura TEG przedstawia konfigurację sześciokątną jako całość, zmontowaną poprzez ułożenie pomiędzy nimi płyt gorącego końca, zimnych płyt końcowych i modułów termoelektrycznych. Każda płyta gorącego końca jest wyposażona w 12 rurek grzewczych gorącego końca, które są rozmieszczone naprzemiennie pomiędzy różnymi warstwami, aby zapewnić wydajność wymiany ciepła między rurkami cieplnymi a spalinami o wysokiej temperaturze; Każda płyta zimnego końca jest wyposażona w 12 rurek cieplnych zimnego końca, które przekazują ciepło do defektów w konfiguracji sześciokątnej w celu chłodzenia i poprawy wykorzystania przestrzeni.
Zastosowania inżynieryjne TEG muszą spełniać jednocześnie dwa wymagania: generować wystarczającą moc wyjściową na ograniczonej przestrzeni i unikać nadmiernego przeciwciśnienia spalin. Autor wykorzystał kombinację modeli CFD i sprzężeń termoelektrycznych do przeprowadzenia symulacji metodą elementów skończonych wydajności termodynamicznej i wytwarzania energii TEG zintegrowanego z rurkami cieplnymi. Badania wykazały, że generator termoelektryczny może wytworzyć odpowiednio dużą różnicę temperatur na obu końcach modułu termoelektrycznego, zapewniając jednocześnie małe przeciwciśnienie spalin, przy mocy wyjściowej pojedynczego modułu wynoszącej 3,89 W.
Naukowcy najpierw połączyli rurkę cieplną z płaską płytą końca gorącego/zimnego, tworząc moduł końca ciepłego/zimnego; Następnie zaczynając od pierwszej warstwy płaskiej płyty gorącej końcówki z wlotem spalin, prowadzony jest montaż warstwa po warstwie, a na koniec powstaje kompletny prototyp składający się z 240 modułów termoelektrycznych. Podczas procesu montażu różnych komponentów na powierzchnię stykową nakłada się smar termiczny, aby wyeliminować szczeliny. Urządzenie TEG wyprodukowane tą metodą może regulować układanie warstw w zależności od różnych scenariuszy zastosowań, aby wygenerować wystarczającą moc wyjściową i ma szeroki zakres zastosowania.
Jeśli zastosowane zostaną materiały termoelektryczne o wyższej wydajności i moduły termoelektryczne o wyższych temperaturach roboczych, urządzenie TEG będzie w stanie wytrzymać większy transfer ciepła, osiągając w ten sposób wyższą moc wyjściową i gęstość mocy.
