Termoelektrik jeneratör kullanılarak elde edilen elektrik enerjisinin farklı boyutlardaki termoelektrik soğutucularda kullanılması

Abstract

Bu çalışmada, turbo şarjlı bir traktör için mini termoelektrik soğutucu (TES) tasarımı, optimizasyonu ve sonlu elemanlar metoduyla analizi yapılmıştır. Ayrıca, TES modülün harcadığı elektriksel gücün termoelektrik jeneratör (TEJ) tarafından karşılanması hedeflenmiştir. TES sistemi tarafından soğutulacak olan hacmin farklı dış ortam sıcaklıkları için soğutma yükü hesaplamaları yapılmıştır. TES sistemin, farklı dış ortam sıcaklıklarına göre farklı boyutlardaki modüllerinin numerik analizleri MATLAB programında gerçekleştirilerek, en uygun tasarım belirlenmiştir. ANSYS Termal-Elektrik programında en uygun tasarım sonuçları sınır koşulu olarak girilerek, modelin performans değerlerinin çözümlenmesi sonlu elemanlar metoduyla gerçekleştirilmiştir. Ticari ve farklı boyutlardaki TES modüllerin analiz sonuçları karşılaştırıldığında; en yüksek soğutma gücünün, farklı boyutlardaki bir adet TB-127-1.2-1.3 modülünde, dış ortam sıcaklığının 15 °C olduğu koşullarda 11.504 W ve en düşük harcanan toplam elektriksel gücünde ticari ve farklı boyutlardaki TES modüllerde, dış ortam sıcaklığının 15 °C olduğu koşullarda, 8.44 W olduğu belirlenmiştir. Dış ortam sıcaklığının 45 °C olması durumunda, çalışmada kullanılan diğer modüllerle karşılaştırıldığında, farklı boyutlardaki bir adet TB-127-0.8-1.3 modülünün soğutma gücünde 4.363 W olarak en düşük ve ticari ve farklı boyutlardaki modüllerin harcadığı toplam elektriksel gücün 64.99 W ile en yüksek olduğu belirlenmiştir. Aynı dış ortam sıcaklıkları için TES ve TEJ sistemlerinin birlikte çalıştığı durumlarda TES sistemi için gerekli olan elektriksel gücün TEJ sistemi tarafından rahatlıkla karşılanabildiği tespit edilmiştir.

In this study, mini thermoelectric cooler (TEC) design, optimization and analysis by finite element method were made. In addition, it is aimed to meet the electrical power consumed by the TEC module by the thermoelectric generator (TEG). Cooling load calculations were made for different outdoor temperatures of the volume to be cooled by the thermoelectric cooling system. Numerical analyzes of the thermoelectric cooling system, different outdoor temperatures and modules of different sizes were performed in the MATLAB program, and the most suitable design was determined. In ANSYS Thermal-Electric program, the most suitable design results were entered as boundary conditions and the performance values of the model were analyzed by the finite element method. When the analysis results of commercial and TEC modules of different sizes are compared, the highest cooling power in one TB-127-1.2-1.3 module of different sizes is 11.504 W in the conditions where the outdoor temperature is 15 °C, and the lowest consumed total electrical power was determined to be 8.44 W in commercial and different size of TEC module under conditions where the outdoor temperature is 15 °C. It has been determined that, in case the outdoor temperature is 45 °C, the cooling power of the TB-127-0.8-1.3 module in one different sizes gets the lowest value as 4.363 W and the total electrical power consumed by the commercial and different sized modules gets the highest value with 64.99 W. It has been determined that the total electrical power consumed for cooling in commercial and different sized modules can be supplied by the TEG system under conditions where TEC and TEG modules work together and have the same outdoor temperatures.