Poboljšanje gustine snage TEG kroz integrisanu strukturu toplotnih cevi

TEG uređaj sa integrisanim toplotnim cevima poboljšava performanse prenosa toplote između izvora hladnoće/topline i termoelektričnih modula. Istraživači su uveli strukture toplotnih cevi u tradicionalne složene dizajne, koristeći visoku toplotnu provodljivost toplotnih cevi za promenu smera prenosa toplote, čineći smer slaganja u skladu sa smerom toplotnog toka, što pomaže da se integriše više termoelektričnih modula u ograničenom prostoru. Kroz eksperimente na klupi, pod toplotnim protokom od 650 K i 50 ms-1, TEG uređaj može proizvesti izlaznu snagu od 848,37 W i ultravisoku gustinu snage sistema od 48,22 WL-1, postižući značajno poboljšanje gustine snage. U međuvremenu, može se proširiti na različite scenarije primjene promjenom strukture slaganja.

TEG struktura predstavlja heksagonalnu konfiguraciju u cjelini, sastavljena slaganjem vrućih završnih ploča, hladnih završnih ploča i termoelektričnih modula između njih. Svaka ploča s vrućim krajem opremljena je sa 12 toplih cijevi za vruće krajeve, koje su raspoređene raspoređeno između različitih slojeva kako bi se osigurao učinak prijenosa topline između toplinskih cijevi i visokotemperaturnog izduvnog plina; Svaka ploča s hladnom završnom pločom je opremljena sa 12 hladnih toplotnih cijevi iznutra, koje prenose toplinu na defekte u heksagonalnoj konfiguraciji za hlađenje i poboljšavaju korištenje prostora.

TEG inženjerske aplikacije moraju istovremeno ispuniti dva zahtjeva: stvaranje dovoljne izlazne snage u ograničenom prostoru i izbjegavanje prevelikog povratnog pritiska izduvnih gasova. Autor je koristio kombinaciju modela CFD i termoelektrične sprege da bi sproveo simulacije konačnih elemenata o termodinamičkim i energetskim performansama TEG integrisanog sa toplotnim cevima. Istraživanja su pokazala da termoelektrični generator može izgraditi dovoljno visoku temperaturnu razliku na oba kraja termoelektričnog modula, istovremeno osiguravajući mali povratni pritisak izduvnih gasova, sa izlaznom snagom jednog modula od 3,89 W.

Istraživači su prvo integrisali toplotnu cev sa ravnom pločom toplog/hladnog kraja kako bi formirali toplo/hladnu krajnju jedinicu; Zatim, počevši od prvog sloja vruće ravne ploče sa izduvnim ulazom, vrši se montaža sloj po sloj i na kraju se proizvodi kompletan prototip sa 240 termoelektričnih modula. Tokom procesa montaže različitih komponenti, termalna mast se nanosi na kontaktno sučelje kako bi se uklonile praznine. TEG uređaj proizveden ovom metodom može podesiti slojeve za slaganje prema različitim scenarijima primjene kako bi generirao dovoljnu izlaznu snagu i ima širok raspon primjenjivosti.

Ako se koriste termoelektrični materijali visokih performansi i termoelektrični moduli sa višim radnim temperaturama, TEG uređaj će moći izdržati veći prijenos topline, čime se postiže veća izlazna snaga i gustina snage.