Izboljšanje gostote moči TEG z integrirano strukturo toplotne cevi
Naprava TEG z vgrajenimi toplotnimi cevmi izboljša prenos toplote med viri hladu/toplote in termoelektričnimi moduli. Raziskovalci so uvedli strukture toplotnih cevi v tradicionalne zložene oblike, pri čemer so izkoristili visoko toplotno prevodnost toplotnih cevi za spreminjanje smeri prenosa toplote, zaradi česar je smer zlaganja skladna s smerjo toplotnega toka, kar pomaga integrirati več termoelektričnih modulov v omejenem prostoru. Z laboratorijskimi poskusi lahko pod toplotnim tokom 650 K in 50 ms-1 naprava TEG ustvari izhodno moč 848,37 W in izjemno visoko sistemsko gostoto moči 48,22 WL-1, s čimer doseže znatno izboljšanje gostote moči. Medtem ga je mogoče razširiti na različne scenarije uporabe s spreminjanjem strukture zlaganja.
Struktura TEG predstavlja šestkotno konfiguracijo kot celoto, sestavljeno z zlaganjem vročih končnih plošč, hladnih končnih plošč in termoelektričnih modulov med obema. Vsaka vroča končna plošča je opremljena z 12 vročimi toplotnimi cevmi, ki so zamaknjeno razporejene med različnimi plastmi, da se zagotovi prenos toplote med toplotnimi cevmi in visokotemperaturnimi izpušnimi plini; Vsaka hladna končna plošča je opremljena z 12 hladnimi končnimi toplotnimi cevmi v notranjosti, ki prenašajo toploto na defekte v heksagonalni konfiguraciji za hlajenje in izboljšajo izkoriščenost prostora.
Inženirske aplikacije TEG morajo izpolnjevati dve zahtevi hkrati: ustvarjanje zadostne izhodne moči v omejenem prostoru in izogibanje pretiranemu protitlaku izpušnih plinov. Avtor je uporabil kombinacijo modelov CFD in termoelektrične sklopitve za izvedbo simulacij s končnimi elementi o termodinamični učinkovitosti in učinkovitosti proizvodnje električne energije TEG, integriranega s toplotnimi cevmi. Raziskave so pokazale, da lahko termoelektrični generator ustvari dovolj visoko temperaturno razliko na obeh koncih termoelektričnega modula, hkrati pa zagotovi majhen protitlak izpušnih plinov, z izhodno močjo posameznega modula 3,89 W.
Raziskovalci so najprej integrirali toplotno cev z ravno ploščo vročega/hladnega konca, da so oblikovali enoto vročega/hladnega konca; Nato, začenši s prvim slojem vroče plošče z dovodom izpušnih plinov, se sestavljanje izvede plast za plastjo in na koncu se izdela popoln prototip z 240 termoelektričnimi moduli. Med postopkom sestavljanja različnih komponent se na kontaktni vmesnik nanese termalna pasta, da se odpravijo vrzeli. Naprava TEG, izdelana s to metodo, lahko prilagodi plasti zlaganja glede na različne scenarije uporabe, da ustvari zadostno izhodno moč in ima širok razpon uporabnosti.
Če uporabimo zmogljivejše termoelektrične materiale in termoelektrične module z višjimi obratovalnimi temperaturami, bo naprava TEG prenesla večji prenos toplote in s tem dosegla višjo izhodno moč in gostoto moči.
