Forbedring af TEG-effekttæthed gennem integreret varmerørstruktur
TEG-enheden med integrerede varmerør forbedrer varmeoverførslen mellem kulde-/varmekilder og termoelektriske moduler. Forskere har introduceret varmerørstrukturer i traditionelle stablede designs, ved at bruge varmerørs høje termiske ledningsevne til at ændre retningen af varmeoverførsel, hvilket gør stableretningen i overensstemmelse med retningen af varmestrømmen, hvilket hjælper med at integrere flere termoelektriske moduler i begrænset plads. Gennem bænkeksperimenter, under varmestrømmen på 650 K og 50 ms-1, kan TEG-enheden generere en udgangseffekt på 848,37 W og en ultrahøj systemniveaueffekttæthed på 48,22 WL-1 og opnå en væsentlig forbedring af effekttætheden. I mellemtiden kan den udvides til forskellige anvendelsesscenarier ved at ændre stablestrukturen.
TEG-strukturen præsenterer en sekskantet konfiguration som helhed, samlet ved at stable varme endeplader, kolde endeplader og termoelektriske moduler mellem de to. Hver varmendeplade er udstyret med 12 varmeledninger, som er anbragt forskudt mellem forskellige lag for at sikre varmeoverførslen mellem varmerørene og højtemperaturudstødningsgassen; Hver kold endeplade er udstyret med 12 kold ende varmerør indeni, som overfører varme til defekterne i den sekskantede konfiguration for at afkøle og forbedre pladsudnyttelsen.
TEG-tekniske applikationer skal opfylde to krav samtidigt: generere tilstrækkelig udgangseffekt på et begrænset rum og undgå for stort udstødningsmodtryk. Forfatteren brugte en kombination af CFD- og termoelektriske koblingsmodeller til at udføre finite element-simuleringer på den termodynamiske og strømgenererende ydeevne af TEG integreret med varmerør. Forskning har vist, at den termoelektriske generator kan opbygge en tilstrækkelig høj temperaturforskel i begge ender af det termoelektriske modul og samtidig sikre et lille udstødningsmodtryk med et enkelt moduls udgangseffekt på 3,89 W.
Forskerne integrerede først varmerøret med den varme/kolde flade plade for at danne en varm/kold endeenhed; Derefter, med udgangspunkt i det første lag af varmende flad plade med udstødningsindtag, udføres samlingen lag for lag, og til sidst produceres en komplet prototype med 240 termoelektriske moduler. Under samlingsprocessen af forskellige komponenter påføres termisk fedt på kontaktfladen for at eliminere huller. TEG-enheden fremstillet ved denne metode kan justere stablingslagene i overensstemmelse med forskellige anvendelsesscenarier for at generere tilstrækkelig udgangseffekt og har en bred vifte af anvendelighed.
Hvis der anvendes termoelektriske materialer med højere ydeevne og termoelektriske moduler med højere driftstemperaturer, vil TEG-enheden være i stand til at modstå større varmeoverførsel og derved opnå højere udgangseffekt og effekttæthed.
