تحسين كثافة طاقة TEG من خلال هيكل أنابيب الحرارة المتكاملة
يعمل جهاز TEG المزود بأنابيب الحرارة المدمجة على تحسين أداء نقل الحرارة بين مصادر التبريد/الحرارة والوحدات الكهروحرارية. أدخل الباحثون هياكل الأنابيب الحرارية في التصميمات التقليدية المكدسة، وذلك باستخدام الموصلية الحرارية العالية للأنابيب الحرارية لتغيير اتجاه نقل الحرارة، مما يجعل اتجاه التراص متسقًا مع اتجاه تدفق الحرارة، مما يساعد على دمج المزيد من الوحدات الحرارية في مساحة محدودة. من خلال تجارب مقاعد البدلاء، تحت تدفق حراري قدره 650 كلفن و50 مللي ثانية-1، يمكن لجهاز TEG توليد طاقة خرج تبلغ 848.37 واط وكثافة طاقة عالية للغاية على مستوى النظام تبلغ 48.22 واط لتر-1، مما يحقق تحسن كبير في كثافة الطاقة. وفي الوقت نفسه، يمكن توسيعه ليشمل سيناريوهات تطبيق مختلفة عن طريق تغيير هيكل التراص.
يقدم هيكل TEG تكوينًا سداسيًا ككل، يتم تجميعه عن طريق تكديس الصفائح الطرفية الساخنة، والألواح الطرفية الباردة، والوحدات الكهروحرارية بين الاثنين. تم تجهيز كل لوحة نهاية ساخنة بـ 12 أنبوبًا حراريًا ساخنًا، والتي تم ترتيبها بطريقة متداخلة بين طبقات مختلفة لضمان أداء نقل الحرارة بين الأنابيب الحرارية وغاز العادم ذو درجة الحرارة العالية؛ تم تجهيز كل لوحة طرفية باردة بـ 12 أنبوبًا حراريًا باردًا بالداخل، والتي تنقل الحرارة إلى العيوب في التكوين السداسي للتبريد وتحسين استخدام المساحة.
تحتاج التطبيقات الهندسية لـ TEG إلى تلبية متطلبين في وقت واحد: توليد طاقة خرج كافية في مساحة محدودة، وتجنب الضغط الخلفي المفرط للعادم. استخدم المؤلف مجموعة من نماذج CFD والاقتران الكهروحراري لإجراء عمليات محاكاة للعناصر المحدودة على الأداء الديناميكي الحراري وتوليد الطاقة لـ TEG المدمج مع الأنابيب الحرارية. أظهرت الأبحاث أن المولد الكهروحراري يمكن أن يبني فرقًا عاليًا بدرجة كافية في درجة الحرارة عند طرفي الوحدة الكهروحرارية مع ضمان ضغط خلفي صغير للعادم، مع طاقة خرج لوحدة واحدة تبلغ 3.89 وات.
قام الباحثون أولاً بدمج أنبوب الحرارة مع اللوحة المسطحة الساخنة/الباردة لتشكيل وحدة طرفية ساخنة/باردة؛ بعد ذلك، بدءًا من الطبقة الأولى من اللوحة المسطحة الساخنة مع مدخل العادم، يتم تنفيذ التجميع طبقة بعد طبقة، وأخيرًا يتم إنتاج نموذج أولي كامل يحتوي على 240 وحدة كهروحرارية. أثناء عملية تجميع المكونات المختلفة، يتم تطبيق الشحم الحراري على واجهة التلامس لإزالة الفجوات. يمكن لجهاز TEG الذي يتم إنتاجه بهذه الطريقة ضبط طبقات التراص وفقًا لسيناريوهات التطبيق المختلفة لتوليد طاقة خرج كافية وله نطاق واسع من قابلية التطبيق.
إذا تم استخدام مواد كهروحرارية عالية الأداء ووحدات كهروحرارية ذات درجات حرارة تشغيل أعلى، فسيكون جهاز TEG قادرًا على تحمل قدر أكبر من نقل الحرارة، وبالتالي تحقيق طاقة خرج أعلى وكثافة طاقة أعلى.
