TEG võimsustiheduse parandamine integreeritud soojustoru struktuuri abil
Integreeritud soojustorudega TEG-seade parandab soojusülekande jõudlust külma/soojusallikate ja termoelektriliste moodulite vahel. Teadlased on juurutanud soojustorude konstruktsioone traditsioonilistesse virnastatud konstruktsioonidesse, kasutades soojustorude kõrget soojusjuhtivust soojusülekande suuna muutmiseks, muutes virnastamissuuna soojusvoo suunaga kooskõlas olevaks, mis aitab integreerida rohkem termoelektrilisi mooduleid piiratud ruumi. Katsete abil suudab TEG-seade soojusvoo 650 K ja 50 ms{2}} juures genereerida 848,37 W väljundvõimsust ja süsteemi ülikõrge võimsustiheduse 48,22 WL-1, saavutades võimsustiheduse märkimisväärne paranemine. Vahepeal saab seda virnastamisstruktuuri muutes laiendada erinevatele rakendusstsenaariumidele.
TEG struktuur kujutab endast tervikuna kuusnurkset konfiguratsiooni, mis on kokku pandud kuumade otsaplaatide, külmade otsaplaatide ja termoelektriliste moodulite virnastamise teel nende kahe vahele. Iga kuuma otsa plaat on varustatud 12 kuuma otsa soojustoruga, mis on paigutatud astmeliselt erinevate kihtide vahele, et tagada soojusülekande jõudlus soojustorude ja kõrge temperatuuriga heitgaaside vahel; Iga külma otsa plaat on varustatud 12 külma otsa soojustoruga, mis edastavad soojust kuusnurkse konfiguratsiooni defektidele jahutamiseks ja ruumikasutuse parandamiseks.
TEG insenerirakendused peavad vastama korraga kahele nõudele: tekitama piiratud ruumis piisava väljundvõimsuse ja vältima heitgaasi liigset vasturõhku. Autor kasutas CFD ja termoelektriliste sidestusmudelite kombinatsiooni, et viia läbi lõplike elementide simulatsioone soojustorudega integreeritud TEG termodünaamilise ja energiatootmise jõudluse kohta. Uuringud on näidanud, et termoelektriline generaator suudab luua piisavalt kõrge temperatuurierinevuse termoelektrilise mooduli mõlemas otsas, tagades samas väikese väljalaske vasturõhu, ühe mooduli väljundvõimsusega 3,89 W.
Teadlased integreerisid kõigepealt soojustoru kuuma/külma otsaga tasapinnalise plaadiga, et moodustada kuuma/külma otsa üksus; Seejärel, alustades esimesest väljalaskeavaga kuuma otsa tasapinnalise plaadi kihist, viiakse monteerimine läbi kihtide kaupa ja lõpuks valmistatakse 240 termoelektrilise mooduliga täielik prototüüp. Erinevate komponentide kokkupanemise käigus kantakse kontaktliidesele lünkade kõrvaldamiseks termomääre. Selle meetodi abil toodetud TEG-seade suudab reguleerida virnastamiskihte vastavalt erinevatele rakendusstsenaariumidele, et tekitada piisav väljundvõimsus ja sellel on lai rakendusala.
Kui kasutatakse suurema jõudlusega termoelektrilisi materjale ja kõrgema töötemperatuuriga termoelektrilisi mooduleid, suudab TEG-seade taluda suuremat soojusülekannet, saavutades seeläbi suurema väljundvõimsuse ja võimsustiheduse.
