بهبود چگالی توان TEG از طریق ساختار لوله حرارتی یکپارچه

دستگاه TEG با لوله های حرارتی یکپارچه عملکرد انتقال حرارت بین منابع سرما/گرما و ماژول های ترموالکتریک را بهبود می بخشد. محققان ساختار لوله‌های حرارتی را در طرح‌های پشته‌ای سنتی معرفی کرده‌اند و از رسانایی حرارتی بالای لوله‌های حرارتی برای تغییر جهت انتقال گرما استفاده می‌کنند و جهت انباشتگی را با جهت جریان گرما سازگار می‌کنند که به ادغام بیشتر ماژول‌های ترموالکتریک در فضای محدود کمک می‌کند. دستگاه TEG از طریق آزمایش‌های رومیزی، تحت جریان حرارتی 650 کلوین و 50 میلی‌ثانیه{2}} می‌تواند توان خروجی 848.37 وات و چگالی توان سیستم فوق‌العاده بالای 48.22 WL-1 تولید کند. بهبود قابل توجهی در چگالی توان. در همین حال، می توان آن را با تغییر ساختار انباشتگی به سناریوهای مختلف کاربردی گسترش داد.

ساختار TEG یک پیکربندی شش ضلعی را به عنوان یک کل ارائه می دهد که با چیدن صفحات انتهایی داغ، صفحات انتهایی سرد و ماژول های ترموالکتریک بین این دو مونتاژ شده است. هر صفحه داغ مجهز به 12 لوله حرارتی انتهای داغ است که به صورت پلکانی بین لایه های مختلف چیده شده اند تا از عملکرد انتقال حرارت بین لوله های حرارتی و گاز خروجی با دمای بالا اطمینان حاصل شود. هر صفحه انتهایی سرد مجهز به 12 لوله حرارتی انتهای سرد در داخل است که گرما را به نقص های پیکربندی شش ضلعی برای خنک کردن و بهبود استفاده از فضا منتقل می کند.

کاربردهای مهندسی TEG باید دو الزام را به طور همزمان برآورده کنند: تولید توان خروجی کافی در یک فضای محدود، و اجتناب از فشار برگشتی بیش از حد اگزوز. نویسنده از ترکیبی از مدل‌های CFD و کوپلینگ ترموالکتریک برای انجام شبیه‌سازی المان محدود بر روی عملکرد ترمودینامیکی و تولید برق TEG یکپارچه با لوله‌های حرارتی استفاده کرد. تحقیقات نشان داده است که ژنراتور ترموالکتریک می تواند اختلاف دمایی به اندازه کافی بالا در هر دو انتهای ماژول ترموالکتریک ایجاد کند و در عین حال از فشار برگشتی کوچک اگزوز با توان خروجی یک ماژول 3.89 وات اطمینان حاصل کند.

محققان ابتدا لوله حرارتی را با صفحه مسطح انتهایی گرم/سرد ادغام کردند تا یک واحد انتهایی گرم/سرد تشکیل دهند. سپس از اولین لایه صفحه تخت داغ انتهایی با ورودی اگزوز، مونتاژ لایه به لایه انجام می شود و در نهایت نمونه اولیه کامل با 240 ماژول ترموالکتریک تولید می شود. در طول فرآیند مونتاژ اجزای مختلف، گریس حرارتی به رابط تماس اعمال می شود تا شکاف ها را از بین ببرد. دستگاه TEG تولید شده با این روش می تواند لایه های انباشته را با توجه به سناریوهای کاربردی مختلف برای تولید توان خروجی کافی تنظیم کند و دارای طیف وسیعی از کاربرد است.

اگر از مواد ترموالکتریک با کارایی بالاتر و ماژول های ترموالکتریک با دمای عملیاتی بالاتر استفاده شود، دستگاه TEG می تواند در برابر انتقال حرارت بیشتر مقاومت کند و در نتیجه توان خروجی و چگالی توان بالاتری را به دست آورد.