Experimental analyses and modeling of thermoelectric generators
Termoelektrik jeneratörlerin modellenmesi ve deneysel olarak incelenmesi
- Tez No: 520369
- Danışmanlar: PROF. DR. HÜSEYİN KURT
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Makine Mühendisliği, Energy, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Karabük Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Enerji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 153
Özet
Günümüzde fosil yakıtların hızla tüketilmesi ve elektriğe olan artış, dikkatleri yenilenebilir enerji kaynakları üzerine çekmektedir. Bugün termoelektrik (TE) güç üretimi, enerji tasarrufu ve dünyadaki çevresel etkilerin azaltılması noktasında umut verici bir teknoloji haline gelmiştir. Temeli Seebeck etkisi olan termoelektrik jeneratörler, otomobiller, fabrikalar ve benzer kaynaklardan atılan atık ısının geri kazanılması ile güç üretiminde kullanılmaktadır. Bu çalışmada, her biri 8 çift dikdörtgenler prizması (TEGRP) ve silindirik (TEGC) ayaklardan oluşan ve yüksek sıcaklıkta çalışan termoelektrik jeneratörler üretilmiş ve deneysel olarak incelenmiştir. Bu kapsamda, 19 farklı kompozisyon arasından, sırasıyla değerleri 0.57 ve 0.17 olan ve en yüksek termoelektrik verime (zT) sahip Ca2.5Ag0.3Eu0.2Co4O9 ve Zn0.96Al0.02Ga0.02O oksit TE malzemeler seçilmiştir. TE tozlar sol-jel metodu ile sentezlenmiş, p- ve n-tipi ayakların konsolidasyonu için soğuk presleme yöntemi kullanılmıştır. Termoelektrik jeneratörler üretilmeden önce Tepki Yüzeyi Metodolojisi ile her iki jeneratör için jeneratör ayaklarının geometrik optimizasyonu gerçekleştirilmiş ve ayak boyutları belirlenmiştir. Termoelektrik jeneratörlerin güç üretim karakterizasyonu için bir ölçüm sistemi kurularak I-V ve I-P eğrileri elde edilmiştir. Sonuçlar incelendiğinde açık devre voltajı (VOC) ve maksimum çıkış gücü, (Pmax) sıcaklık farkı (ΔT) arttıkça her iki jeneratör için de artmıştır. TEGRP ve TEGC için maksimum VOC, 440 °C sıcaklık farkı ve 495 °C sıcak yüzey sıcaklığı için sırasıyla 133.1 mV ve 158.2 mV olarak elde edilmiştir. Akım arttıkça çıkış gücü de P ∝ I2 orantısına bağlı olarak üretilmiştir. Aynı sıcaklık şartlarında TEGRP ve TEGC için Pmax, sırasıyla 33.7 mW ve 45.5 mW olarak elde edilmiştir. TEGRP ve TEGC'nin güç üretim performanslarının ve sıcaklık dağılımlarının belirlenebilmesi için kararlı hal ısıl ve ısıl-elektrik analizler gerçekleştirilmiştir. Deneysel sonuçlarda olduğu gibi ΔT arttıkça VOC ve Pmax her iki jeneratör için de artmıştır. Her iki jeneratör için de maksimum VOC, 410 °C sıcaklık farkı ve 495 °C sıcak yüzey sıcaklığı için 1117 mV olarak belirlenmiştir. I-P eğrileri her iki jeneratör için de deneysel sonuçlar ile benzer karakteristik göstermiştir. Sonuç olarak, aynı sıcaklık şartlarında TEGRP ve TEGC için Pmax sırasıyla 3315.1 mW ve 2632.9 mW olarak elde edilmiştir. Isıl-elektrik analizlerin sonuçları üretilen jeneratörlerin deneysel sonuçları ile karşılaştırıldığında ölçülen açık devre voltajı ve çıkış güçlerinin ısıl-elektrik analizleri sonuçlarının çok daha altında olduğu belirlenmiştir. Çalışmadaki bu kayda değer voltaj ve çıkış gücü kayıplarının TE ayaklar ile gümüş iletkenler arasındaki temas dirençlerinden kaynaklandığı düşünülmektedir.
Özet (Çeviri)
Nowadays, rapid consumption of fossil fuels and increasing electricity requirement have attracted attention on renewable energy resources. Today, thermoelectric (TE) power generation has become a promising technology in energy saving and reduction of environmental impacts in the world. Thermoelectric generators (TEGs), based on Seebeck effect, are used in power generation by recovering waste heat released from automobiles, factories, and similar resources. In this study, high temperature thermoelectric generators with 8 pairs of rectangular prism (TEGRP) and cylindrical legs (TEGC) were fabricated individually and experimentally investigated. Within this scope, oxide thermoelectric materials of dually doped Ca2.5Ag0.3Eu0.2Co4O9 and Zn0.96Al0.02Ga0.02O with the highest figure of merit (zT) values of 0.57 and 0.17 were selected among 19 different compositions. TE powders were synthesized using sol-gel method following cold pressing for consolidation of p- and n-type legs of both TEGs. Prior to the fabrication of the TEGs, geometrical optimization of the legs was performed for both TEGs using Response Surface Methodology and dimensions of the legs were specified. Power generation characteristics of the TEGs were evaluated by establishing a measurement system and I-V and I-P curves were obtained. According to the results, open circuit voltage (VOC) and maximum generated output power (Pmax) of both TEGs increased with increasing ΔT. Maximum VOC of TEGRP and TEGC were obtained as 133.1 mV and 158.2 mV, respectively, for the temperature difference (ΔT) of 440 °C at 495 °C hot side temperature (TH). As the current increased, output power was generated with respect to P ∝ I2. Pmax for TEGRP and TEGC were obtained as 33.7 mW and 45.5 mW at the same conditions. Steady-state thermal and thermal-electric analyses were performed to evaluate power generation performances and temperature distributions of TEGRP and TEGC. VOC and Pmax of both TEGs increased with increasing ΔT as well as in the experimental results. Maximum VOC for both TEGs were obtained as 1117 mV for 410 °C ΔT and 495 °C TH. I-P curves for both TEGs exhibited similar characteristics with the experimental results. As a result, Pmax for TEGRP and TEGC were obtained as 3315.1 mW and 2632.9 mW in the same conditions. When the results of thermal-electric analyses are compared to the experimental results of fabricated TEGs, measured open circuit voltages and generated output powers were much lower than the results of thermal-electric analyses. In this study, noteworthy voltage and output power losses were correlated to the contact resistances between the TE legs and the silver conductors.
Benzer Tezler
- Dizel motorun turbo çıkış sıcaklığından faydalanarak termoelektrik jeneratörlerle elektrik üretimi ve intercooler giriş sıcaklığındaki değişimin incelenmesi
Electricity production with thermoelectric generators by utilizing the turbo output temperature of the diesel engine and investigation of the change in the intercooler inle temperature
RÜŞTÜ ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiTrakya ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ DİNÇER AKAL
- Termoelektrik modül kullanarak içten yanmalı bir otomobilin egzozundan atılan ısıdan enerji geri kazanımının termal analizi
Thermal analyse of waste heat recovery of exhaust gas from internal combustion engine using thermoelectric modules
ESRA HANÇER
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Makine MühendisliğiErciyes ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SİBEL GÜNEŞ
- Atık ısı-elektrik enerjisi dönüşümü sağlayan farklı tip termoelektrik sistemlerin deneysel ve teorik analizi
Experimental and theoretical analysis of different thermoelectric systems providing waste heat-electrical energy conversion
AMINU YUSUF
Doktora
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEDAT BALLIKAYA
- Taşıt egzoz gazı atık ısı enerjisinden elektrik enerjisinin üretilmesi için termoelektrik jeneratörün modellenmesi
Modeling thermoelectric generator for electrical energy production from vehicle exhaust gas waste heat energy
ÜMİT TOPALCI
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSüleyman Demirel ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. HABİB GÜRBÜZ
- Experimental investigation of an integrated solar driven wastewater treatment system for trigeneration applications
Başlık çevirisi yok
MURAT EMRE DEMİR
Doktora
İngilizce
2018
Makine MühendisliğiUniversity of Ontario Institute of TechnologyPROF. DR. İBRAHİM DİZER