Forbedring av TEG-krafttetthet gjennom integrert varmerørstruktur
TEG-enheten med integrerte varmerør forbedrer varmeoverføringsytelsen mellom kulde/varmekilder og termoelektriske moduler. Forskere har introdusert varmerørstrukturer i tradisjonelle stablede design, ved å bruke den høye termiske ledningsevnen til varmerør for å endre retningen på varmeoverføringen, noe som gjør stablingsretningen konsistent med retningen på varmestrømmen, noe som hjelper til med å integrere flere termoelektriske moduler på begrenset plass. Gjennom benkeeksperimenter, under varmestrømmen på 650 K og 50 ms-1, kan TEG-enheten generere en utgangseffekt på 848,37 W og en ultrahøy effekttetthet på systemnivå på 48,22 WL-1, og oppnå en betydelig forbedring i effekttetthet. I mellomtiden kan den utvides til forskjellige applikasjonsscenarier ved å endre stablestrukturen.
TEG-strukturen presenterer en sekskantet konfigurasjon som helhet, satt sammen ved å stable varme endeplater, kalde endeplater og termoelektriske moduler mellom de to. Hver varmendeplate er utstyrt med 12 varmerør med varme ende, som er anordnet forskjøvet mellom forskjellige lag for å sikre varmeoverføringsytelsen mellom varmerørene og høytemperatureksosgassen; Hver kaldendeplate er utstyrt med 12 kaldende varmerør inni, som overfører varme til defektene i den sekskantede konfigurasjonen for kjøling og forbedrer plassutnyttelsen.
TEG-tekniske applikasjoner må oppfylle to krav samtidig: generere tilstrekkelig utgangseffekt på begrenset plass, og unngå for høyt eksosmottrykk. Forfatteren brukte en kombinasjon av CFD- og termoelektriske koblingsmodeller for å utføre finite element-simuleringer på termodynamisk og kraftgenereringsytelse til TEG integrert med varmerør. Forskning har vist at den termoelektriske generatoren kan bygge en tilstrekkelig høy temperaturforskjell i begge ender av den termoelektriske modulen samtidig som den sikrer et lite eksosmottrykk, med en enkeltmoduls utgangseffekt på 3,89 W.
Forskerne integrerte først varmerøret med den varme/kalde flatplaten for å danne en varm/kald endeenhet; Deretter, med utgangspunkt i det første laget av flat plate med eksosinntak, utføres montering lag for lag, og til slutt produseres en komplett prototype med 240 termoelektriske moduler. Under monteringsprosessen av forskjellige komponenter påføres termisk fett på kontaktgrensesnittet for å eliminere hull. TEG-enheten produsert med denne metoden kan justere stablelagene i henhold til forskjellige applikasjonsscenarier for å generere tilstrekkelig utgangseffekt og har et bredt spekter av anvendelighet.
Hvis det brukes termoelektriske materialer med høyere ytelse og termoelektriske moduler med høyere driftstemperaturer, vil TEG-enheten kunne tåle større varmeoverføring, og dermed oppnå høyere utgangseffekt og effekttetthet.
