Entegre ısı borusu yapısı aracılığıyla TEG güç yoğunluğunun iyileştirilmesi
Entegre ısı borularına sahip TEG cihazı, soğuk/ısı kaynakları ile termoelektrik modüller arasındaki ısı transfer performansını artırır. Araştırmacılar, ısı transferinin yönünü değiştirmek için ısı borularının yüksek termal iletkenliğinden yararlanarak, istifleme yönünü ısı akışının yönüyle tutarlı hale getirerek, sınırlı alana daha fazla termoelektrik modülün entegre edilmesine yardımcı olan ısı borusu yapılarını geleneksel istiflenmiş tasarımlara dahil ettiler. Tezgah deneyleri yoluyla, 650 K ve 50 ms-1 ısı akışı altında, TEG cihazı 848,37 W'luk bir çıkış gücü ve 48,22 WL-1'lik ultra yüksek sistem düzeyinde güç yoğunluğu üretebilir; güç yoğunluğunda önemli bir iyileşme. Bu arada istifleme yapısı değiştirilerek farklı uygulama senaryolarına genişletilebilir.
TEG yapısı, sıcak uç plakaları, soğuk uç plakaları ve termoelektrik modüllerin ikisinin arasına istiflenmesiyle bir araya getirilen bir bütün olarak altıgen bir konfigürasyon sunar. Her sıcak uç plakası, ısı boruları ile yüksek sıcaklıktaki egzoz gazı arasındaki ısı transfer performansını sağlamak için farklı katmanlar arasında kademeli bir şekilde düzenlenmiş 12 sıcak uçlu ısı borusuyla donatılmıştır; Her bir soğuk uç plakası, soğutma için ısıyı altıgen konfigürasyondaki kusurlara aktaran ve alan kullanımını artıran 12 adet soğuk uçlu ısı borusuyla donatılmıştır.
TEG mühendislik uygulamalarının aynı anda iki gereksinimi karşılaması gerekir: sınırlı bir alanda yeterli çıkış gücü üretmek ve aşırı egzoz geri basıncından kaçınmak. Yazar, ısı boruları ile entegre edilmiş TEG'nin termodinamik ve enerji üretim performansı üzerinde sonlu eleman simülasyonları yürütmek için CFD ve termoelektrik bağlantı modellerinin bir kombinasyonunu kullanmıştır. Araştırmalar, termoelektrik jeneratörün, 3,89 W'lık tek modül çıkış gücüyle, termoelektrik modülün her iki ucunda da yeterince yüksek bir sıcaklık farkı oluşturabildiğini ve aynı zamanda küçük bir egzoz karşı basıncı sağlayabildiğini göstermiştir.
Araştırmacılar ilk olarak ısı borusunu sıcak/soğuk uçlu düz plakayla birleştirerek bir sıcak/soğuk uç ünitesi oluşturdular; Daha sonra egzoz girişli sıcak uçlu düz plakanın ilk katmanından başlayarak katman katman montaj gerçekleştirilir ve son olarak 240 termoelektrik modülden oluşan eksiksiz bir prototip üretilir. Farklı bileşenlerin montaj işlemi sırasında boşlukları ortadan kaldırmak için kontak arayüzüne termal gres uygulanır. Bu yöntemle üretilen TEG cihazı, yeterli çıkış gücü üretecek şekilde istifleme katmanlarını farklı uygulama senaryolarına göre ayarlayabilmektedir ve geniş bir uygulanabilirliğe sahiptir.
Daha yüksek performanslı termoelektrik malzemeler ve daha yüksek çalışma sıcaklıklarına sahip termoelektrik modüller kullanılırsa, TEG cihazı daha fazla ısı transferine dayanabilecek ve böylece daha yüksek çıkış gücü ve güç yoğunluğu elde edilebilecektir.
