Amélioration de la densité de puissance du TEG grâce à une structure de caloduc intégrée
Le dispositif TEG avec caloducs intégrés améliore les performances de transfert de chaleur entre les sources de froid/chaleur et les modules thermoélectriques. Les chercheurs ont introduit des structures de caloducs dans les conceptions empilées traditionnelles, en utilisant la conductivité thermique élevée des caloducs pour changer la direction du transfert de chaleur, rendant la direction d'empilement cohérente avec la direction du flux de chaleur, ce qui permet d'intégrer davantage de modules thermoélectriques dans un espace limité. Grâce à des expériences sur banc, sous un flux thermique de 650 K et 50 ms-1, le dispositif TEG peut générer une puissance de sortie de 848,37 W et une densité de puissance ultra-élevée au niveau du système de 48,22 WL-1, atteignant une amélioration significative de la densité de puissance. Parallèlement, il peut être étendu à différents scénarios d'application en modifiant la structure d'empilement.
La structure TEG présente une configuration hexagonale dans son ensemble, assemblée en empilant des plaques d'extrémité chaude, des plaques d'extrémité froide et des modules thermoélectriques entre les deux. Chaque plaque d'extrémité chaude est équipée de 12 caloducs d'extrémité chaude, qui sont disposés de manière décalée entre différentes couches pour assurer les performances de transfert de chaleur entre les caloducs et les gaz d'échappement à haute température ; Chaque plaque d'extrémité froide est équipée de 12 caloducs d'extrémité froide à l'intérieur, qui transfèrent la chaleur aux défauts de la configuration hexagonale pour le refroidissement et améliorent l'utilisation de l'espace.
Les applications d'ingénierie TEG doivent répondre simultanément à deux exigences : générer une puissance de sortie suffisante dans un espace limité et éviter une contre-pression d'échappement excessive. L'auteur a utilisé une combinaison de modèles CFD et de couplage thermoélectrique pour effectuer des simulations par éléments finis sur les performances thermodynamiques et de production d'énergie du TEG intégré aux caloducs. La recherche a montré que le générateur thermoélectrique peut créer une différence de température suffisamment élevée aux deux extrémités du module thermoélectrique tout en garantissant une faible contre-pression d'échappement, avec une puissance de sortie d'un seul module de 3,89 W.
Les chercheurs ont d’abord intégré le caloduc avec la plaque plate d’extrémité chaude/froide pour former une unité d’extrémité chaude/froide ; Ensuite, à partir de la première couche de plaque plate à extrémité chaude avec entrée d'échappement, l'assemblage est réalisé couche par couche, et enfin un prototype complet de 240 modules thermoélectriques est réalisé. Pendant le processus d'assemblage des différents composants, de la graisse thermique est appliquée sur l'interface de contact pour éliminer les espaces. Le dispositif TEG produit par ce procédé peut ajuster les couches d'empilement selon différents scénarios d'application pour générer une puissance de sortie suffisante et présente une large plage d'applicabilité.
Si des matériaux thermoélectriques plus performants et des modules thermoélectriques avec des températures de fonctionnement plus élevées sont utilisés, le dispositif TEG sera capable de résister à un transfert de chaleur plus important, obtenant ainsi une puissance de sortie et une densité de puissance plus élevées.
