Termoelektrik jeneratörlerin çok düşük sıcaklıklarda teorik ve deneysel karakterizasyonu

Abstract

Mikro ölçekte insanlar ve canlılar, makro ölçekte ülkeler ve dünya açısından enerjiye olan gereksinim, var oluş sürecinden başlayıp günümüz ve geleceği de kapsayacak şekilde artış göstermektedir. Sürdürülebilir bir kalkınma için enerjinin sonlu kaynaklardan değil, kendini yenileyen ve çevreci teknolojilerle üretilmesi gerekmektedir. Bu kapsamda, doğrudan enerji dönüşümü yapan sistemlerin geliştirilmesi ile enerji dönüşüm kayıpları azaltılabileceği gibi sistemler daha basit yapılara indirgenebilecektir. Enerji üretimi, soğutma, uzay ve havacılık uygulamaları, sensörler ve atık ısı geri kazanımı olmak üzere çok geniş uygulama alanı olan termoelektrik cihazlar bu çalışmanın temel konusunu oluşturmaktadır.Isı enerjisini doğrudan elektrik enerjisine çeviren termoelektrik jeneratörlerin yaygın çalışma koşullarının tersine çok düşük sıcaklıklarda (kriyojenik sıcaklıklar) çalışma performanslarının teorik ve deneysel olarak incelenmesi bu çalışmanın esasını oluşturmaktadır. Olağan uygulamalarda termoelektrik jeneratörler için soğuk ısı kaynağı olarak atmosfer, sıcak ısı kaynağı olarak da yaklaşık 373?523 K sıcaklığındaki ısı kaynakları kullanılır. Bu nedenle de performans değerleri ile akım-gerilim ve akım-güç karakteristikleri bu sıcaklık bölgesinde incelenir. Bu çalışmada ise, atmosferik basınçta sıvılaştırılmış 77K sıcaklığındaki azotun soğuk ısı kaynağı ve 293 K sıcaklığındaki atmosferi sıcak ısı kaynağı olarak kullanılması durumunda termoelektrik jeneratörler ve termoelektrik soğutucular teorik ve deneysel olarak incelenecektir. Bu çalışma sonucunda elde edilen bilgiler, kriyojenik tabanlı termoelektrik güç yedekleme sistemlerinin geliştirilmesine temel oluşturacaktır.

From the very beginning of the world up to those days need for energy have been increased and will be increase in the future. At the micro scale for human kind and for all living beings, and at the macro scale for all countries and for the whole world. For a sustainable development, usage of conventional sources for energy production must be reduced, usage of renewable energy sources and environmentally friendly technologies must be increase. In this content, energy conversion systems will be develop; energy loses due to the energy conversion processes will be minimized and more simple systems will be invent. Main subject of this teases is thermoelectric generators which has wide applications in many areas such as; energy production, cooling, space and aviation, sensors and west heat recovery.Thermoelectric generators are the devices converting the heat energy directly to the electrical one. Theoretical and experimental investigations of the performance of thermoelectric generators working at cryogenics temperatures are the main subjects of this project. In ordinary applications, thermoelectric generators are operated between cold reservoir at atmospheric temperatures and hot reservoir at 373-523K. In this project, the same characteristics will be both theoretically and experimentally analyzed for the case in which the atmosphere (293 K) is used as a hot reservoir while the liquefied nitrogen at atmospheric pressure 77 K is used as a cold reservoir. The results of this project will constitute a basic knowledge to develop cryogenic based power backup systems.