Motorlu taşıtlar için egzoz sistemine uygun termoelektrik jeneratör geliştirilmesi ve deneysel incelenmesi

Abstract

Günümüzde fosil yakıtların tüketimi ve kullanım maliyeti artmıştır. Otomobillerdeki ısıl verimi artırmak ve fosil yakıtlara olan ihtiyacı azaltmak amacı ile yeni teknolojiler geliştirilmeye ve kullanılmaya başlanmıştır. Bu teknolojilerden bir tanesi olan termoelektrik jeneratörler (TEG), Seebeck etkisiyle çalışan ve ısıl enerjiyi elektrik enerjisine çevirerek güç üreten sistemlerdir. Termoelektrik malzemeler gün geçtikçe gelişmekte olup, malzemelerin performansları Z.T katsayısı (Figure of Merit) ile tanımlanmaktadır. Z.T değeri günümüzde yaklaşık olarak `1` olup, Ar-Ge çalışmalarıyla performansı yüksek malzemeler gelişirilmeye çalışılmaktadır. Bu bağlamda termoelektrik jeneratör performanslarının ilerleyen yıllarda daha da artacağını ve termoelektrik enerji sistemlerinin daha geniş kullanım alanına sahip olacağını göstermektedir.Sunulan çalışmada, termoleman ayak geometrilerinin termoelektrik jeneratör üzerinde güç üretimin etkisi ANSYS sonlu elemanlar yazılım programı ile sayısal olarak tahmin edilmiştir. Gücü ve verimi yüksek, kolay imal edilebilir termoelektrik ısı geri kazanım sistemleri tasarlanmıştır. Yapılan ön tasarımların performansı, ANSYS sonlu elemanlar yazılım programıyla sayısal yöntemle belirlenerek prototip imalata en uygun jeneratör tasarlanmıştır. Tasarlanan jeneratörün prototipi imal edilmiş ve performans deneyleri yapılmıştır. Bir termoelektrik modül için sayısal yöntemle tahmin edilen en yüksek akım, güç ve verim sırasıyla, 201 mA, 0,136 W ve % 0,94 değerindedir. Egzoz sistemine uygun prototipi de geliştirilen jeneratör için sayısal yöntemle tahmin edilen en yüksek akım, güç ve verim de sırasıyla, 184 mA, 0,095 W ve % 0,74 değerindedir. Deneysel ve sayısal çalışma sonuçları arasında hata yaklaşık olarak ısıl % 5, üretilen gerilimde % 16 ve üretilen akımda ise % 25 olmaktadır.

Nowadays consumption and usage cost of fossil fuels have increased. New technologies are being developed and used to increase the thermal effiicency in cars and reduce the need for fossil fuels.Thermoelectric generators (TEG) as one of these technologies, are systems that operating with Seebeck effect. They convert the thermal energy to electrical energy. Thermoelectric materials are being developed day by day and the performance of these materials is defined as Z.T. coefficient. The Z.T value is approximately `1` in these days and it is being increased by the studies. This situation shows that, performance of the termoelectric generators will increase and thermoelectric systems will have broader usage area.In this study, the effect of power generation on thermoelectric generator of the termoelectric leg geometries has been estimated numerically by ANSYS finite element software. Various thermoelectric heat recovery systems has been designed considering high power, efficiency and producibility aims. The numerically predicted maximum current, power and efficiency values for a thermoelectric module were 201 mA, 0,136 W and % 0,94, respectively. At the design with prototype, numerically predicted maximum current, power and efficiency values were 184 mA, 0,095 W and % 0,74, respectively. Between experimental and numeraically studies, as thermal % 5, as produced voltage % 16 and as produced current %20 fault occured.