Улучшение удельной мощности ТЭГ за счет интегрированной конструкции тепловых трубок
Устройство ТЭГ со встроенными тепловыми трубками улучшает эффективность теплопередачи между источниками холода/тепла и термоэлектрическими модулями. Исследователи внедрили конструкции тепловых трубок в традиционные многослойные конструкции, используя высокую теплопроводность тепловых трубок для изменения направления теплопередачи, делая направление укладки согласованным с направлением теплового потока, что помогает интегрировать больше термоэлектрических модулей в ограниченном пространстве. В ходе стендовых экспериментов при тепловом потоке 650 К и 50 мс-1 устройство ТЭГ может генерировать выходную мощность 848,37 Вт и сверхвысокую плотность мощности на уровне системы 48,22 Вт-1, достигая значительное улучшение удельной мощности. Между тем, его можно распространить на различные сценарии применения, изменив структуру стека.
Структура ТЭГ в целом представляет собой шестиугольную конфигурацию, собранную путем укладки пластин с горячим концом, пластин с холодным концом и термоэлектрических модулей между ними. Каждая пластина с горячим концом оснащена 12 тепловыми трубками с горячим концом, которые расположены в шахматном порядке между различными слоями, чтобы обеспечить эффективность теплопередачи между тепловыми трубками и высокотемпературным выхлопным газом; Каждая пластина холодного конца оснащена внутри 12 тепловыми трубками холодного конца, которые передают тепло дефектам шестиугольной конфигурации для охлаждения и улучшения использования пространства.
Инженерные приложения ТЭГ должны одновременно отвечать двум требованиям: генерировать достаточную выходную мощность в ограниченном пространстве и избегать чрезмерного противодавления выхлопных газов. Автор использовал комбинацию моделей CFD и термоэлектрической связи для проведения конечно-элементного моделирования термодинамических и энергетических характеристик ТЭГ, интегрированного с тепловыми трубками. Исследования показали, что термоэлектрический генератор может создавать достаточно большую разницу температур на обоих концах термоэлектрического модуля, обеспечивая при этом небольшое противодавление выхлопных газов, при выходной мощности одного модуля 3,89 Вт.
Исследователи сначала объединили тепловую трубку с плоской пластиной горячего/холодного конца, чтобы сформировать блок горячего/холодного конца; Затем, начиная с первого слоя плоской пластины горячего конца с выпускным отверстием, сборка осуществляется слой за слоем, и, наконец, изготавливается полный прототип с 240 термоэлектрическими модулями. В процессе сборки различных компонентов на контактную поверхность наносится термопаста для устранения зазоров. Устройство ТЭГ, изготовленное этим методом, может регулировать слои укладки в соответствии с различными сценариями применения, чтобы генерировать достаточную выходную мощность, и имеет широкий диапазон применения.
Если используются термоэлектрические материалы с более высокими характеристиками и термоэлектрические модули с более высокими рабочими температурами, устройство ТЭГ сможет выдерживать большую теплопередачу, тем самым достигая более высокой выходной мощности и плотности мощности.
