Îmbunătățirea densității puterii TEG prin structura integrată a conductelor de căldură
Dispozitivul TEG cu conducte termice integrate îmbunătățește performanța transferului de căldură între sursele de frig/căldură și modulele termoelectrice. Cercetătorii au introdus structuri de conducte de căldură în modelele tradiționale stivuite, utilizând conductivitatea termică ridicată a conductelor de căldură pentru a schimba direcția transferului de căldură, făcând direcția de stivuire compatibilă cu direcția fluxului de căldură, ceea ce ajută la integrarea mai multor module termoelectrice în spațiu limitat. Prin experimente pe banc, sub un flux de căldură de 650 K și 50 ms-1, dispozitivul TEG poate genera o putere de ieșire de 848,37 W și o densitate de putere la nivel de sistem ultra-înaltă de 48,22 WL-1, realizând o îmbunătățire semnificativă a densității de putere. Între timp, poate fi extins la diferite scenarii de aplicare prin schimbarea structurii de stivuire.
Structura TEG prezintă o configurație hexagonală în ansamblu, asamblată prin stivuirea plăcilor de capăt calde, plăcilor de capăt reci și modulelor termoelectrice între cele două. Fiecare placă de capăt fierbinte este echipată cu 12 conducte de căldură, care sunt dispuse eșalonat între diferite straturi pentru a asigura performanța transferului de căldură între conductele de căldură și gazul de evacuare la temperatură înaltă; Fiecare placă de capăt rece este echipată cu 12 conducte de căldură de capăt rece în interior, care transferă căldura defectelor din configurația hexagonală pentru răcire și îmbunătățirea utilizării spațiului.
Aplicațiile de inginerie TEG trebuie să îndeplinească două cerințe simultan: generarea unei puteri de ieșire suficientă într-un spațiu limitat și evitarea contrapresiunii excesive de evacuare. Autorul a folosit o combinație de modele CFD și de cuplare termoelectrică pentru a efectua simulări cu elemente finite asupra performanței termodinamice și de generare a energiei a TEG integrat cu conducte de căldură. Cercetările au arătat că generatorul termoelectric poate construi o diferență de temperatură suficient de mare la ambele capete ale modulului termoelectric, asigurând în același timp o mică contrapresiune de evacuare, cu o putere de ieșire a unui singur modul de 3,89 W.
Cercetătorii au integrat mai întâi conducta de căldură cu placa plată de capăt cald/rece pentru a forma o unitate de capăt cald/rece; Apoi, pornind de la primul strat de placă plană de capăt fierbinte cu admisie de evacuare, se realizează asamblarea strat cu strat, iar în final este produs un prototip complet cu 240 de module termoelectrice. În timpul procesului de asamblare a diferitelor componente, pe interfața de contact este aplicată unsoare termică pentru a elimina golurile. Dispozitivul TEG produs prin această metodă poate ajusta straturile de stivuire în funcție de diferite scenarii de aplicare pentru a genera o putere de ieșire suficientă și are o gamă largă de aplicabilitate.
Dacă sunt utilizate materiale termoelectrice de performanță mai mare și module termoelectrice cu temperaturi de funcționare mai ridicate, dispozitivul TEG va putea rezista la un transfer de căldură mai mare, obținând astfel o putere de ieșire și o densitate de putere mai mare.
