Подобряване на плътността на мощността на TEG чрез интегрирана структура на топлинна тръба
Устройството TEG с интегрирани топлинни тръби подобрява ефективността на преноса на топлина между източниците на студ/топлинна енергия и термоелектрическите модули. Изследователите са въвели структури на топлинни тръби в традиционните подредени дизайни, използвайки високата топлопроводимост на топлинните тръби, за да променят посоката на пренос на топлина, правейки посоката на подреждане в съответствие с посоката на топлинния поток, което помага за интегрирането на повече термоелектрически модули в ограничено пространство. Чрез стендови експерименти, при топлинен поток от 650 K и 50 ms-1, TEG устройството може да генерира изходна мощност от 848,37 W и свръхвисока плътност на мощността на системно ниво от 48,22 WL-1, постигайки значително подобрение на плътността на мощността. Междувременно може да се разшири до различни сценарии на приложение чрез промяна на структурата на подреждане.
TEG структурата представлява шестоъгълна конфигурация като цяло, сглобена чрез подреждане на горещи крайни плочи, студени крайни плочи и термоелектрически модули между двете. Всяка плоча с горещ край е снабдена с 12 топлинни тръби с горещ край, които са подредени шахматно между различни слоеве, за да осигурят топлопреноса между топлинните тръби и високотемпературния отработен газ; Всяка студена крайна плоча е оборудвана с 12 студени крайни топлинни тръби вътре, които пренасят топлина към дефектите в шестоъгълната конфигурация за охлаждане и подобряване на оползотворяването на пространството.
Инженерните приложения на TEG трябва да отговарят на две изисквания едновременно: генериране на достатъчна изходна мощност в ограничено пространство и избягване на прекомерно обратно налягане на отработените газове. Авторът е използвал комбинация от CFD и модели на термоелектрическо свързване, за да проведе симулации с крайни елементи върху термодинамичните характеристики и ефективността на генериране на електроенергия на TEG, интегриран с топлинни тръби. Изследванията показват, че термоелектрическият генератор може да изгради достатъчно висока температурна разлика в двата края на термоелектрическия модул, като същевременно осигурява малко обратно налягане на отработените газове, с изходна мощност на един модул от 3,89 W.
Изследователите първо интегрираха топлинната тръба с плоската плоча за горещ/студен край, за да образуват топъл/студен край; След това, като се започне от първия слой плоска плоча с горещ край с изпускателен отвор, сглобяването се извършва слой по слой и накрая се произвежда пълен прототип с 240 термоелектрически модула. По време на процеса на сглобяване на различни компоненти, термопаста се нанася върху контактния интерфейс, за да се премахнат празнините. TEG устройството, произведено по този метод, може да регулира слоевете за подреждане според различни сценарии на приложение, за да генерира достатъчна изходна мощност и има широк диапазон на приложимост.
Ако се използват термоелектрически материали с по-висока производителност и термоелектрически модули с по-високи работни температури, TEG устройството ще може да издържи на по-голям пренос на топлина, като по този начин се постига по-висока изходна мощност и плътност на мощността.
