Melhorando a densidade de potência do TEG através da estrutura integrada de tubos de calor
O dispositivo TEG com tubos de calor integrados melhora o desempenho da transferência de calor entre fontes de frio/calor e módulos termoelétricos. Os pesquisadores introduziram estruturas de tubos de calor em projetos empilhados tradicionais, utilizando a alta condutividade térmica dos tubos de calor para alterar a direção da transferência de calor, tornando a direção de empilhamento consistente com a direção do fluxo de calor, o que ajuda a integrar mais módulos termoelétricos em espaços limitados. Através de experimentos de bancada, sob o fluxo de calor de 650 K e 50 ms-1, o dispositivo TEG pode gerar uma potência de saída de 848,37 W e uma densidade de potência de nível de sistema ultra-alto de 48,22 WL-1, alcançando uma melhoria significativa na densidade de potência. Entretanto, pode ser estendido a diferentes cenários de aplicação, alterando a estrutura de empilhamento.
A estrutura do TEG apresenta uma configuração hexagonal como um todo, montada empilhando placas terminais quentes, placas terminais frias e módulos termoelétricos entre os dois. Cada placa de extremidade quente é equipada com 12 tubos de calor de extremidade quente, que são dispostos de maneira escalonada entre diferentes camadas para garantir o desempenho de transferência de calor entre os tubos de calor e os gases de exaustão de alta temperatura; Cada placa de extremidade fria é equipada com 12 tubos de calor de extremidade fria em seu interior, que transferem calor para os defeitos na configuração hexagonal para resfriamento e melhoram a utilização do espaço.
As aplicações de engenharia TEG precisam atender a dois requisitos simultaneamente: gerar potência de saída suficiente em um espaço limitado e evitar contrapressão excessiva de exaustão. O autor usou uma combinação de CFD e modelos de acoplamento termoelétrico para conduzir simulações de elementos finitos sobre o desempenho termodinâmico e de geração de energia do TEG integrado com tubos de calor. A pesquisa mostrou que o gerador termoelétrico pode criar uma diferença de temperatura suficientemente alta em ambas as extremidades do módulo termoelétrico, garantindo ao mesmo tempo uma pequena contrapressão de exaustão, com uma potência de saída de módulo único de 3,89 W.
Os pesquisadores primeiro integraram o tubo de calor com a placa plana da extremidade quente/fria para formar uma unidade final quente/fria; Em seguida, a partir da primeira camada de placa plana hot end com entrada de exaustão, a montagem é realizada camada por camada e, por fim, é produzido um protótipo completo com 240 módulos termoelétricos. Durante o processo de montagem dos diferentes componentes, a pasta térmica é aplicada na interface de contato para eliminar folgas. O dispositivo TEG produzido por este método pode ajustar as camadas de empilhamento de acordo com diferentes cenários de aplicação para gerar potência de saída suficiente e possui uma ampla gama de aplicabilidade.
Se forem utilizados materiais termoelétricos de maior desempenho e módulos termoelétricos com temperaturas operacionais mais altas, o dispositivo TEG será capaz de suportar maior transferência de calor, alcançando assim maior potência de saída e densidade de potência.
