Verbetering van de TEG-vermogensdichtheid door geïntegreerde heatpipe-structuur
Het TEG-apparaat met geïntegreerde warmtepijpen verbetert de warmteoverdracht tussen koude-/warmtebronnen en thermo-elektrische modules. Onderzoekers hebben heatpipe-structuren geïntroduceerd in traditionele gestapelde ontwerpen, waarbij gebruik wordt gemaakt van de hoge thermische geleidbaarheid van heatpipes om de richting van de warmteoverdracht te veranderen, waardoor de stapelrichting consistent wordt met de richting van de warmtestroom, wat helpt bij het integreren van meer thermo-elektrische modules in een beperkte ruimte. Via laboratoriumexperimenten kan het TEG-apparaat, onder een warmtestroom van 650 K en 50 ms-1, een uitgangsvermogen van 848,37 W en een ultrahoge vermogensdichtheid op systeemniveau van 48,22 WL-1 genereren, waardoor een aanzienlijke verbetering van de vermogensdichtheid. Ondertussen kan het worden uitgebreid naar verschillende toepassingsscenario's door de stapelstructuur te veranderen.
De TEG-structuur heeft als geheel een zeshoekige configuratie, samengesteld door hete eindplaten, koude eindplaten en thermo-elektrische modules tussen de twee te stapelen. Elke hot-end-plaat is uitgerust met 12 hot-end-warmtepijpen, die verspringend tussen verschillende lagen zijn gerangschikt om de warmteoverdracht tussen de warmtepijpen en het uitlaatgas op hoge temperatuur te garanderen; Elke koude eindplaat is aan de binnenkant uitgerust met 12 koude eindwarmtepijpen, die warmte overbrengen naar de defecten in de zeshoekige configuratie voor koeling en om het ruimtegebruik te verbeteren.
TEG-technische toepassingen moeten tegelijkertijd aan twee eisen voldoen: voldoende uitgangsvermogen genereren in een beperkte ruimte en overmatige uitlaattegendruk vermijden. De auteur gebruikte een combinatie van CFD- en thermo-elektrische koppelingsmodellen om eindige-elementensimulaties uit te voeren op de thermodynamische en energieopwekkingsprestaties van TEG geïntegreerd met warmtepijpen. Onderzoek heeft aangetoond dat de thermo-elektrische generator een voldoende hoog temperatuurverschil kan opbouwen aan beide uiteinden van de thermo-elektrische module en tegelijkertijd een kleine uitlaattegendruk kan garanderen, met een uitgangsvermogen van een enkele module van 3,89 W.
De onderzoekers integreerden eerst de warmtepijp met de vlakke plaat met warm/koud uiteinde om een warm/koud eindeenheid te vormen; Vervolgens wordt, beginnend bij de eerste laag hot-end vlakke plaat met uitlaatinlaat, de montage laag voor laag uitgevoerd en uiteindelijk wordt een compleet prototype met 240 thermo-elektrische modules geproduceerd. Tijdens het assemblageproces van verschillende componenten wordt thermisch vet aangebracht op de contactinterface om gaten te elimineren. Het met deze methode geproduceerde TEG-apparaat kan de stapellagen aanpassen aan verschillende toepassingsscenario's om voldoende uitgangsvermogen te genereren en heeft een breed toepassingsbereik.
Als thermo-elektrische materialen met hogere prestaties en thermo-elektrische modules met hogere bedrijfstemperaturen worden gebruikt, zal het TEG-apparaat een grotere warmteoverdracht kunnen weerstaan, waardoor een hoger uitgangsvermogen en een hogere vermogensdichtheid wordt bereikt.
