Araç egzoz sistemine termoelektrik jeneratör uygulamasının teorik ve deneysel olarak incelenmesi
Theoretical and experimental investigation of thermoelectric generator application to the vehicle exhaust system
Yazar: FATİH UYSAL
Danışman: DOÇ. DR. SELAMİ SAĞIROĞLU
Karabük Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Termoelektrik = Thermoelectric ; Termoelektrik jeneratör = Thermoelectric generator

Özet:
ÖZET

Doktora Tezi

ARAÇ EGZOZ SİSTEMİNE TERMOELEKTRİK JENERATÖR UYGULAMASININ TEORİK VE DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ

Fatih UYSAL

Karabük Üniversitesi
Fen Bilimleri Enstitüsü
Makina Mühendisliği Anabilim Dalı

Tez Danışmanı:
Doç. Dr. Selami SAĞIROĞLU
Eylül 2018, 94 Sayfa

Araç motorlarının egzoz gazlarından ve soğutma sistemlerinden atılan yüksek enerji araştırmacıların ilgisini çekmektedir. Egzoz gazlarıyla atılan enerji üzerine yapılan araştırmalar, yüksek sıcaklıktan dolayı daha fazladır. Ancak yüksek sıcaklığa dayanıklı malzeme gerektirir. Termoelektrik jeneratörler, herhangi bir hareketli parçası olmaması ve ısı enerjisini doğrudan elektrik enerjisine çevirdikleri için egzozlara uygulanabilecek bir sistem olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu çalışmada araçların egzozlarına uygulanabilecek dairesel kesitli, ısı değiştiricisine ihtiyaç duymayan bir termoelektrik jeneratörün tasarımı, üretimi ve deneysel ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Bunun için öncelikle, termoelektrik ayak geometrisinin ısı geçişi üzerine etkileri incelenerek boru kesitli ayakların dikdörtgen kesitli ayaklara göre birim hacim başına %0,94 daha fazla ısıl güç taşıdığı hesaplanmıştır. Bundan sonra yüksek sıcaklığa dayanıklı p-tipi Ca2.7Ag0.3Co4O9 termoelektrik malzemenin Seebeck katsayısı yapay sinir ağları ile %94 doğrulukla üretim öncesinde tespit edilmiştir. Daha sonra yüksek sıcaklıklara dayanıklı p-tipi olarak Ca2.5Ag0.3Eu0.2Co4O9 ve n-tipi olarak Zn0.96Al0.02Ga0.02O termoelektrik malzemeler üretilmiş ve termoelektrik özellikleri ölçülmüştür. Toz halde üretilen malzemeler preste şekillendirilerek boru kesitli hale getirilmiştir. Termoelektrik malzemeler gümüş pasta ve bakır iletkenler ile elektriksel olarak seri, ısıl olarak paralel bağlanarak dairesel kesitli termoelektrik modül oluşturulmuştur. Üretilen termoelektrik modülde 203°C sıcaklık farkında 278 mV gerilim üretilmesi başarılmıştır. Geliştirilen modüllerin birleştirilmesi ile üretilen, 96 çift p- ve n-tipi termoelektrik ayaktan oluşan dairesel termoelektrik jeneratör, bir dizel motorun egzoz sistemine monte edilmiş ve 398°C sıcaklık farkında 5.26 V'luk gerilim elde edilmiştir.

 
Bilim Kodu	: 914.1.038

Abstract:
ABSTRACT

Ph. D. Thesis

THEORETICAL AND EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF THERMOELECTRIC GENERATOR APPLICATION TO THE VEHICLE EXHAUST SYSTEM

Fatih UYSAL

Karabük University
Graduate School of Natural and Applied Sciences
Department of Mechanical Engineering

Thesis Advisor:
Assoc. Prof. Dr. Selami SAĞIROĞLU
September 2018, 94 Pages

The high energy discarded from the exhaust gases and cooling systems of vehicle engines is attract attention to researchers. Investigations on the energy emitted by exhaust gases are more due to the high temperature. However, it requires high temperature resistant material. Thermoelectric generators emerge as a system that can be applied to exhaust systems because they have no moving parts and they convert the heat energy directly into electricity. In this study, design and production of a thermoelectric generator which does not require a heat exchanger with circular cross section, which can be applied to exhaust systems of vehicles, has been realized. First of all,  the effects of the thermoelectric leg geometry on the heat transfer were examined and it was calculated that the leg with tube cross-section carried 0.94% more thermal power per unit volume compared to the leg with rectangular section. After that, the Seebeck coefficient of high temperature resistant p-type Ca2.7Ag0.3Co4O9 thermoelectric material was determined prior to production using artificial neural networks with 94% accuracy. After than thermoelectric materials such as Ca2.5Ag0.3Eu0.2Co4O9 as p-type and Zn0.96Al0.02Ga0.02O as n-type were produced and thermoelectric properties of the materials were measured. The material produced in powder form was shaped as pipe shape in a press. Thermoelectric materials are connected, electrically serial and thermally parallel, with Ag paste to produce a circular thermoelectric module. The circular thermoelectric module was tested with a heat gun and obtained 278 mV at temperature difference of 203°C. The circular thermoelectric generator, consisting of 96 pairs of p- and n-type thermoelectric legs, which is produced by combining the developed circuled modules, was mounted in the exhaust system of a diesel engine and 5.26 V voltage was obtained at temperature difference of 398°C.


Science Code	: 914.1.038