Poboljšanje gustoće snage TEG kroz integriranu strukturu toplinske cijevi
TEG uređaj s integriranim toplinskim cijevima poboljšava performanse prijenosa topline između izvora hladnoće/topline i termoelektričnih modula. Istraživači su uveli strukture toplinskih cijevi u tradicionalne naslagane dizajne, koristeći visoku toplinsku vodljivost toplinskih cijevi za promjenu smjera prijenosa topline, čineći smjer slaganja u skladu sa smjerom protoka topline, što pomaže integraciji više termoelektričnih modula u ograničenom prostoru. Kroz pokuse na stolu, pod protokom topline od 650 K i 50 ms-1, TEG uređaj može generirati izlaznu snagu od 848,37 W i ultra-visoku gustoću snage na razini sustava od 48,22 WL-1, postižući značajno poboljšanje gustoće snage. U međuvremenu, može se proširiti na različite scenarije primjene promjenom strukture slaganja.
Struktura TEG-a predstavlja heksagonalnu konfiguraciju kao cjelinu, sastavljenu slaganjem vrućih krajnjih ploča, hladnih krajnjih ploča i termoelektričnih modula između njih. Svaka vruća završna ploča opremljena je s 12 vrućih toplinskih cijevi, koje su raspoređene na stepenasti način između različitih slojeva kako bi se osigurao učinak prijenosa topline između toplinskih cijevi i visokotemperaturnog ispušnog plina; Svaka hladna završna ploča opremljena je s 12 hladnih toplinskih cijevi iznutra, koje prenose toplinu na nedostatke u šesterokutnoj konfiguraciji radi hlađenja i poboljšanja iskorištenja prostora.
Inženjerske aplikacije TEG-a moraju istovremeno ispuniti dva zahtjeva: generiranje dovoljne izlazne snage u ograničenom prostoru i izbjegavanje pretjeranog povratnog tlaka ispušnih plinova. Autor je koristio kombinaciju CFD i modela termoelektričnog spajanja za provođenje simulacija pomoću konačnih elemenata o termodinamičkim performansama i performansama proizvodnje električne energije TEG-a integriranog s toplinskim cijevima. Istraživanja su pokazala da termoelektrični generator može izgraditi dovoljno visoku temperaturnu razliku na oba kraja termoelektričnog modula, a istovremeno osigurati mali protutlak ispušnih plinova, s izlaznom snagom jednog modula od 3,89 W.
Istraživači su prvo integrirali toplinsku cijev s ravnom pločom s toplim/hladnim krajem kako bi formirali jedinicu s toplim/hladnim krajem; Zatim se, počevši od prvog sloja ravne ploče vrućeg kraja s ulazom ispušnih plinova, vrši montaža sloj po sloj, da bi se na kraju proizveo potpuni prototip s 240 termoelektričnih modula. Tijekom procesa sastavljanja različitih komponenti, termalna mast se nanosi na kontaktno sučelje kako bi se uklonile praznine. TEG uređaj proizveden ovom metodom može prilagoditi slojeve slaganja prema različitim scenarijima primjene kako bi generirao dovoljnu izlaznu snagu i ima širok raspon primjenjivosti.
Ako se koriste termoelektrični materijali viših performansi i termoelektrični moduli s višim radnim temperaturama, TEG uređaj će moći izdržati veći prijenos topline, čime će se postići veća izlazna snaga i gustoća snage.
