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
Yazar: RÜŞTÜ ÖZTÜRK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ DİNÇER AKAL
Trakya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada; dizel motorun turbo çıkış sıcaklığından faydalanarak elektrik üretimi sağlayacak özel bir termoelektrik jeneratör (TEJ) enerji dönüşüm sistemi tasarlanmıştır. Bu sistem; altıgen şeklinde sökülüp takılabilen 1 adet alüminyum modül, 6 adet termoelektrik jeneratör, 6 adet alüminyum su soğutma bloğu, 6 adet alüminyum hava kanatlı soğutucu, 1 adet alüminyum malzemeden özel tasarlanmış kanatlı ısı iletim borusu ve sıcaklık sensörlerinden oluşmaktadır. Tasarımı yapılan termoelektrik jeneratör enerji dönüşüm sistemi traktör motorunun turbo çıkışına bağlanarak elde edilen gerilim, akım ve enerji değerleri incelenmiştir. Ayrıca eş zamanlı olarak traktör motoru standart halde ve termoelektrik jeneratör enerji dönüşüm sistemi ilave edilerek 1400, 1700 ve 2100 d/dk'da test edilerek güç, tork, yakıt tüketimi ve intercooler giriş - çıkış sıcaklık değişimleri incelenmiştir.
Literatürden farklı olarak sunulan tezde, termoelektrik jeneratör dönüşüm sistemi motorun turbo çıkışı ile intercooler girişi arasına monte edilmiştir. Turbo çıkışındaki ısı transferinden faydalanarak hem ilave elektrik enerjisi elde edilmiş hem de havanın intercoolera giriş sıcaklığı düşürülmüştür. Böylece silindirlere alınan havanın yoğunluğu arttığı için motorun yakıt tüketiminde azalma, güç ve tork değerlerinde yükselme sağlanmıştır. Motor devir parametreleri 1400, 1700 ve 2100 d/dk olarak belirlenenmiş olup deney sonuçları ile teorik modellemedeki termal analizler karşılaştırılmıştır. Deney sonuçlarına bağlı olarak termoelektrik dönüşüm sisteminden elde edilen gerilim ve akım değerleri incelenip raporlanmıştır. Motorun devir sayısı arttıkça enerji dönüşüm sistemindeki gerilim ve akım değerleri de artış göstermiştir. Elde edilen en yüksek gerilim ve akım değerleri 2100 d/dk'da 3,9 V ve 12 mA olarak tespit edilmiştir.

Abstract:
In this study, a special energy conversion system using a thermoelectric generator (TEJ) has been designed to generate electricity from the turbo output temperature of a diesel engine. The system comprises of the following components: 1 hexagonal removable aluminum module, 6 thermoelectric generators, 6 aluminum water cooling blocks, 6 aluminum heatsinks, 1 specially designed aluminum finned heat conduction pipe, and temperature sensors. The thermoelectric generator energy conversion system was connected to the turbo output of the tractor engine, and the obtained voltage, current,
and energy values were analyzed. Furthermore, simultaneous tests on the tractor engine at speeds of 1400, 1700, and 2100 rpm with the inclusion of the thermoelectric generator energy conversion system has been conducted.
The power, torque, fuel consumption, and changes in intercooler inlet and outlet temperatures have been analyzed. Unlike previous studies, we installed the thermoelectric generator conversion system between the turbocharger outlet of the engine and the intercooler inlet. This allowed us to harness the heat transfer at the turbo outlet to generate additional electrical energy while simultaneously reducing the inlet temperature of the air into the intercooler. Consequently, as the density of air entering the cylinders increased, the fuel consumption of the engine decreased, and the power and torque values increased. The engine speed parameters have been determined as 1400, 1700, and 2100 rpm and compared the experimental results with the thermal analysis conducted in the theoretical modeling. Based on the experimental results, we analyzed and reported the voltage and current values obtained from the thermoelectric conversion system. As the engine speed increased, the voltage and current values in the energy conversion system also increased. The highest voltage and current values obtained were 3.9 V and 12 mA, respectively, at 2100 rpm.