Farklı Dış Ortam Sıcaklıklarında Kullanılan Bir Termoelektrik Jeneratör Sisteminin Isı Alıcısının Optimizasyonu

Bu çalışmada, turbo – şarjlı bir traktörde, kompresör ile ara soğutucu (intercooler) arasına termoelektrik jeneratör (TEJ) sistemi yerleştirilmiştir. TEJ sisteminin soğuk tarafındaki ısı alıcıların farklı dış ortam sıcaklıkları için optimum kanat kalınlıkları ve kanat aralıkları Matlab programı kullanılarak bulunmuştur. Nümerik analiz, 7 farklı dış ortam sıcaklığına göre gerçekleştirilmiştir (268, 278, 283, 288, 293, 298 ve 303 K). Matlab programındaki plot kodu kullanılarak, farklı dış ortam sıcaklıkları için ısı alıcıdan gerçekleşen ısı transferinin kanat kalınlıkları ile değişimi elde edilmiştir. Böylece maksimum ısı transferine karşılık gelen optimum kalınlık değerleri bulunmuştur. Ayrıca, kanat sayılarının ve kanatlı yüzeyin toplam ısı transfer alanlarının farklı dış ortam sıcaklıkları ile değişimleri incelenmiştir. Dış ortam sıcaklığındaki artış ile optimum kanat kalınlığı ve kanat aralığı artarken kanat sayısı ve toplam ısı transfer alanın ise azaldığı belirlenmiştir. Sonuç olarak, 268 K sıcaklığına göre 303 K sıcaklığındaki optimum kanat kalınlığının yaklaşık olarak %5.4 ve optimum kanat aralığının %11 arttığı bulunmuştur. Ancak kanat sayısının %10.4 ve toplam ısı transfer alanının yaklaşık olarak %10 azaldığı tespit edilmiştir.

Anahtar Kelimeler:

Termoelektrik jeneratör, turbo – şarj, ısı alıcı

Optimization of the Heat Sink of a Thermoelectric Generator System Used at Different Outdoor Temperatures

In this study, a thermoelectric generator (TEG) system was placed between the compressor and intercooler in a turbocharged tractor. Optimum fin thickness and fin spacing of heat sinks on the cold side of the TEG system for different outdoor temperatures were found using the Matlab program. Numerical analysis was carried out according to 7 different external environment temperatures (268, 278, 283, 288, 293, 298 and 303 K). By using the plot code in the Matlab program, the variations of the heat transfer from the heat sink with the fin thickness for different outdoor temperatures were obtained. Thus, optimum thickness values corresponding to maximum heat transfer were found. In addition, the variations of the number of fins and the total heat transfer areas of the finned surface with different external environment temperatures were investigated. It was determined that the optimum fin thickness and fin spacing increased with the increase in external environment temperature, while the number of fins and total heat transfer area decreased. As a result, it was found that the optimum fin thickness increased approximately 5.4% and the optimum fin spacing increased 11% at 303 K compared to 268 K temperature. However, it was determined that the number of finss decreased by 10.4% and the total heat transfer area decreased by approximately 10%.

Keywords:

Thermoelectric generator, turbo – charger, heat sink,

PDF

___

Paraskevas, A., Koutroulis, E. 2016. “A simple maximum power point tracker for thermoelectric generators,” Energy Conversion and Management, 108, 355-365. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2015.11.027
Ahiska, R., Mamur, H. 2012. “A test system and supervisory control and data acquisition application with programmable logic controller for thermoelectric generators,” Energy Conversion and Management, 64, 15-22. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2012.05.010
Shi, Y., Chen, X., Deng, Y., Gao, H., Zhu, Z., Ma, G., Han, Y., Hong, Y. 2015. “Design and performance of compact thermoelectric generators based on the extended three-dimensional thermal contact interface,” Energy Conversion and Management, 106, 110-117. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2015.09.031
Champier, D. 2017. “Thermoelectric generators: A review of applications,” Energy Conversion and Management, 140, 167-181. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2017.02.070
Zhao, Y., Wang, S., Ge, M., Li, Y., Liang, Z. 2017. “Analysis of thermoelectric generation characteristics of flue gas waste heat from natural gas boiler,” Energy Conversion and Management, 148, 820-829. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2017.06.029
Angeline, A.A., Jayakumar, J., Asirvatham, L.G., Marshal, J.J., Wongwises, S. 2017. “Power generation enhancement with hybrid thermoelectric generator using biomass waste heat energy,” Experimental Thermal and Fluid Science, 85, 1-12. DOI: https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2017.02.015
Liu, Y.H., Chiu, Y.H., Huang, J.W., Wang, S.C. 2016. “A novel maximum power point tracker for thermoelectric generation system,” Renewable Energy, 97, 306-318. DOI: https://doi.org/10.1016/j.renene.2016.05.001
Twaha, S., Zhu, J., Yan, Y., Li, B., Huang, K. 2017. “Performance analysis of thermoelectric generator using dc-dc converter with incremental conductance based maximum power point tracking,” Energy for Sustainable Development, 37, 86-98. DOI: https://doi.org/10.1016/j.esd.2017.01.003
Okbaz, A., Onbaşıoğlu, H., Olcay, A.B., Pınarbaşı, A. 2017. “Panjur kanatlı ısı değiştiricilerinin performansının deneysel ve hesaplamalı akışkanlar dinamiği yaklaşımı ile incelenmesi,” Mühendis ve Makina, 58 (687), 41-55.
Potur, R. A. 2009. “Faz IIIB emisyon standardına cevap veren dizel traktör motorunun tasarımı için gerçek çevrimin matematik modellenmesi ve optimum yanma kanununun belirlenmesi,” Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 106-109.
Lee, H.S. 2017. Thermoelectrics: Design and Materials, ISBN-13: 978-1118848951, Western Michigan University, USA: John Wiley & Sons, Inc.
Gürcan, A. 2019. “Farklı boyutlarda termoelektrik jeneratör kullanılarak egzoz ısı enerjisinin geri kazanımı,” Yüksek Lisans Tezi, Pamukkale Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Denizli.
Lee, H.S. 2010. Thermal Design: Heat Sinks, Thermoelectrics, Heat Pipes, Compact Heat Exchangers, and Solar Cells, ISBN 978-0-470-49662-6, Western Michigan University, USA: John Wiley & Sons, Inc.