İçten yanmalı benzinli motorların ısınma sürecinde hava soğutmalı bir termoelektrik jeneratör geri kazanım sisteminin geri kazanım performansı üzerine karşılaştırmalı bir inceleme

Abstract

Termoelektrik jeneratörler, Seebeck termoelektrik etkisine göre çalışan, sıcak ve soğuk yüzeylerde sıcaklık farkından yararlanarak DC gerilim üreten, hareketli parçaları olmayan uzun ömürlü elektrik üreteçleridir. Termoelektrik modüllerin yüzeyleri arasında sıcaklık farkının meydana geldiği her durumda doğrudan elektrik üretebilmesi içten yanmalı motorların egzoz sistemlerinde ilk çalışmadan itibaren elektrik üretimini mümkün kılmaktadır. Düşük devirlerde alternatör veriminin azalması sebebiyle termoelektrik jeneratörlerin içten yanmalı motorlarda ısınma sürecinde geri kazanımının incelenmesi oldukça önemlidir. Bu çalışmada termoelektrik jeneratörler kullanılarak içten yanmalı benzinli bir motorun ısınma sürecinde egzoz atık ısı geri kazanımı sağlanmış, oluşan 3 farklı sıcaklık farkında elde edilen elektriksel kazanımlar incelenmiş, deneysel ve benzetim sonuçları karşılaştırılmıştır. Modül yüzeyleri arasında maksimum ∆T=165 °C sıcaklık farkı elde edilmiştir. Yapılan deneylerde ΔT=165 °C, RL=10 Ω yük direncinde maksimum 6.75 V gerilim, 0.65 A akım elde edilmiştir. Deneysel ve benzetim sonuçları genel olarak uyumludur.

Keywords

• Atık ısı,Isınma süreci,Geri kazanım sistemi,Egzoz sistem

A comparative survey on recovery performance of thermo-electric generator recovery system with air cooling during warming process of internal combustion gasoline engines

Abstract

Thermoelectric generators are long-life electricity generators that operate according to the Seebeck thermoelectric effect and produce DC voltage by utilizing the temperature difference on hot and cold surfaces, without moving parts. The ability to generate electricity directly in any situation where the temperature difference between the surfaces of the thermoelectric modules arises makes it possible to generate electricity from the first time in the exhaust systems of the internal combustion engines. It is very important to examine the recovery of the thermoelectric generators in the heating process in the internal combustion engines due to the reduced generator efficiency at low revs. In this study, thermoelectric generators were used to provide exhaust heat recovery in heating process of an internal combustion gasoline engine, electrical gains obtained at three different temperature averages were investigated and experimental and simulated results were compared. A maximum ΔT = 165 °C temperature difference was obtained between the module surfaces. In the experiments performed, ΔT = 165 °C, RL = 10 Ω load resistance, maximum 6.75 V voltage, 0.65 A current is obtained. Experimental and simulation results are generally in coherence.

Keywords

• Waste heat,Warming process,Recovery system,Exhaust system

References

1. Kunt MA. “İçten yanmalı motor atık ısılarının geri kazanımında termoelektrik jeneratörlerin kullanımı”. El-Cezerî Fen ve Mühendislik Dergisi, 3(2), 192-203, 2016.
2. Weng CC, Huang MJ. “A simulation study of automotive waste heat recovery using thermoelectric power generator”. International Journal of Thermal Sciences, 71, 302-309, 2013.
3. Thacher EF, Helenbrook BT, Kari MA, Richter CJ. “Testing of an automobile exhaust thermoelectric generator in a light truck”. Procedings of the Instituion of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, 221, 95-107, 2006.
4. Bass JC, Kushch AS, Elsner NB. “Thermoelectric Generator (TEG) for Heavy Diesel Trucks”. http://www.hi-z.com/tp2001.php (12.04.2010).
5. Kobayashi M, Ikoma K, Furuya K, Shinohara K, Takao H, Miyoshi M, Imanishi Y, Watabane T. “Thermoelectric generation and related properties of conventional type module based on Si-Ge alloys”. 15th International Conference on Thermoelectrics, Pasadena, USA,26-29 March 1996.
6. Kunt MA, Güneş H. “Termoelektrik jeneratörlerin içten yanmalı motorların egzoz sistemlerinde farklı yük dirençlerinde uygulaması”. 13. Uluslararası Yanma Sempozyumu, Bursa, Türkiye 9-11 Eylül 2015.
7. Temizer İ, İlkılıç C. “İçten yanmalı dizel motorunun atık egzoz gazı enerjisi kullanılarak elektrik enerjisi üretimi”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilim Dergisi, 23(4), 330-336, 2017.
8. Alexander DS, Steven RA, Daniel JI. “Motorcycle waste heat energy harvesting”. Industrial and Commercial Applications of Smart Structures Technologies, San Diego, United States, 30 April 2008.

9. Kaya AY. Experimental Research of Thermoelectric System that Worked by the Heat on Exhaust Gas. MSc Thesis, Süleyman Demirel University, Isparta, Turkey, 2010.
10. Özgün H. Termoelektrik Jeneratörlerin Çok Düşük Sıcaklıklarda Teori ve Deneysel Karakterizasyonu. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul Türkiye, 2009.
11. Hun SH, Yun HK; Seo YK, Sukkee U; Jae MH., “Performance measurement and analysis of a thermoelectric power generator”. Thermal and thermomechanical phenomena in electronic systems (ITherm) 12th IEEE Intersociety Conference , Las Vegas, USA, 2-5 June 2010.
12. Rowe DM. CRC Handbook of Thermoelectrics, Wales.UK, CRC Press, 1995.
13. Rowe DM. Thermoelectric Handbook Macro to Nano, Wales UK. Taylor & Francis Group Press, 2007.
14. Heremans J. “Materials May Help Autos Turn Heat Into Electricity”. www.sciencedaily.com/releases/2008/07/080724150340.htm (17.11.2017).