TEG-tehotiheyden parantaminen integroidun lämpöputkirakenteen avulla
Integroiduilla lämpöputkilla varustettu TEG-laite parantaa lämmönsiirtokykyä kylmä/lämpölähteiden ja lämpösähköisten moduulien välillä. Tutkijat ovat ottaneet lämpöputkirakenteita perinteisiin pinottuihin malleihin hyödyntäen lämpöputkien korkeaa lämmönjohtavuutta lämmönsiirron suunnan muuttamiseen, mikä tekee pinoamissuunnasta yhdenmukaisen lämmönvirtauksen suunnan kanssa, mikä auttaa integroimaan enemmän lämpösähköisiä moduuleja rajoitettuun tilaan. Penkkikokeiden avulla 650 K:n ja 50 ms-1 lämpövirralla TEG-laite voi tuottaa 848,37 W:n lähtötehon ja erittäin korkean järjestelmätason tehotiheyden 48,22 WL-1, jolloin saavutetaan tehotiheyden merkittävä parannus. Sillä välin sitä voidaan laajentaa erilaisiin sovellusskenaarioihin muuttamalla pinoamisrakennetta.
TEG-rakenne edustaa kokonaisuudessaan kuusikulmaista konfiguraatiota, joka on koottu pinoamalla kuumat päätylevyt, kylmäpäätylevyt ja lämpösähköiset moduulit näiden kahden väliin. Jokainen kuumapäälevy on varustettu 12 kuumapään lämpöputkella, jotka on järjestetty porrastetusti eri kerrosten väliin lämmönsiirtokyvyn varmistamiseksi lämpöputkien ja korkean lämpötilan pakokaasun välillä; Jokaisen kylmäpään levyn sisällä on 12 kylmäpään lämpöputkea, jotka siirtävät lämpöä kuusikulmaisen konfiguraation puutteille jäähdytyksen ja tilankäytön parantamiseksi.
TEG-tekniikan sovellusten on täytettävä kaksi vaatimusta samanaikaisesti: tuottaa riittävä lähtöteho rajoitetussa tilassa ja välttää liiallinen pakokaasun vastapaine. Kirjoittaja käytti CFD- ja lämpösähköisten kytkentämallien yhdistelmää suorittaakseen äärellisten elementtien simulaatioita lämpöputkiin integroidun TEG:n termodynaamisista ja sähköntuottokyvystä. Tutkimukset ovat osoittaneet, että lämpösähköinen generaattori voi rakentaa riittävän suuren lämpötilaeron lämpösähkömoduulin molempiin päihin samalla kun se varmistaa pienen pakokaasun vastapaineen, yhden moduulin lähtöteholla 3,89 W.
Tutkijat integroivat ensin lämpöputken kuuma/kylmäpään tasaiseen levyyn muodostaen kuuma/kylmä pääyksikön; Sitten ensimmäisestä kuumapään tasaisen levyn kerroksesta, jossa on pakokaasun sisääntulo, kokoonpano suoritetaan kerros kerrokselta, ja lopuksi valmistetaan täydellinen prototyyppi, jossa on 240 lämpösähköistä moduulia. Eri komponenttien kokoonpanon aikana kosketinrajapintaan levitetään lämpörasvaa rakojen poistamiseksi. Tällä menetelmällä valmistettu TEG-laite voi säätää pinoamiskerroksia eri sovellusskenaarioiden mukaan riittävän lähtötehon tuottamiseksi ja sillä on laaja käyttöalue.
Jos käytetään tehokkaampia lämpösähköisiä materiaaleja ja lämpösähköisiä moduuleja korkeammilla käyttölämpötiloilla, TEG-laite pystyy kestämään suurempaa lämmönsiirtoa, jolloin saavutetaan suurempi lähtöteho ja tehotiheys.
