Zlepšenie hustoty výkonu TEG prostredníctvom integrovanej štruktúry tepelnej trubice
Zariadenie TEG s integrovanými tepelnými trubicami zlepšuje výkon prenosu tepla medzi zdrojmi chladu/tepla a termoelektrickými modulmi. Výskumníci zaviedli štruktúry tepelných rúrok do tradičných skladaných návrhov, pričom využívajú vysokú tepelnú vodivosť tepelných rúrok na zmenu smeru prenosu tepla, čím je smer stohovania konzistentný so smerom tepelného toku, čo pomáha integrovať viac termoelektrických modulov v obmedzenom priestore. Prostredníctvom experimentov na skúšobnej stolici dokáže zariadenie TEG pri tepelnom toku 650 K a 50 ms-1 generovať výstupný výkon 848,37 W a ultra vysokú systémovú hustotu výkonu 48,22 WL-1. výrazné zlepšenie hustoty výkonu. Medzitým ho možno rozšíriť na rôzne aplikačné scenáre zmenou štruktúry stohovania.
Štruktúra TEG predstavuje šesťuholníkovú konfiguráciu ako celok, zostavenú naskladaním horúcich koncových dosiek, studených koncových dosiek a termoelektrických modulov medzi nimi. Každá platňa s horúcim koncom je vybavená 12 tepelnými trubicami, ktoré sú usporiadané striedavo medzi rôznymi vrstvami, aby sa zabezpečil výkon prenosu tepla medzi tepelnými trubicami a vysokoteplotnými výfukovými plynmi; Každá platňa so studeným koncom je vo vnútri vybavená 12 tepelnými trubicami so studeným koncom, ktoré prenášajú teplo do defektov v šesťhrannej konfigurácii na chladenie a zlepšujú využitie priestoru.
Technologické aplikácie TEG musia spĺňať dve požiadavky súčasne: generovanie dostatočného výstupného výkonu v obmedzenom priestore a vyhýbanie sa nadmernému protitlaku výfukových plynov. Autor použil kombináciu modelov CFD a termoelektrických väzobných modelov na vykonanie simulácií konečných prvkov na termodynamickom výkone a výkone výroby energie TEG integrovaného s tepelnými trubicami. Výskum ukázal, že termoelektrický generátor dokáže vytvoriť dostatočne vysoký teplotný rozdiel na oboch koncoch termoelektrického modulu a zároveň zabezpečiť malý protitlak výfukových plynov s výstupným výkonom jedného modulu 3,89 W.
Výskumníci najprv integrovali tepelnú trubicu s plochou doskou s horúcim/studeným koncom, aby vytvorili jednotku horúceho/studeného konca; Potom, počnúc od prvej vrstvy horúcej plochej dosky s výfukovým vstupom, sa vrstva po vrstve montuje a nakoniec sa vyrobí kompletný prototyp s 240 termoelektrickými modulmi. Počas procesu montáže rôznych komponentov sa na kontaktné rozhranie nanáša tepelné mazivo, aby sa eliminovali medzery. Zariadenie TEG vyrobené týmto spôsobom môže upravovať stohovacie vrstvy podľa rôznych aplikačných scenárov na generovanie dostatočného výstupného výkonu a má široký rozsah použiteľnosti.
Ak sa použijú výkonnejšie termoelektrické materiály a termoelektrické moduly s vyššími prevádzkovými teplotami, zariadenie TEG bude schopné odolať väčšiemu prenosu tepla, čím sa dosiahne vyšší výstupný výkon a hustota výkonu.
