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
Yazar: ESRA HANÇER
Danışman: YRD. DOÇ. DR. SİBEL GÜNEŞ
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Termoelektrik jeneratör = Thermoelectric generator ; İçten yanmalı motorlar = Internal combustion engines

Özet:
İçten yanmalı bir motorun egzoz gazındaki potansiyel enerji tahrik miline iletilen mekanik enerjiyle hemen hemen aynı büyüklüktedir. Termodinamiğin ikinci yasasına göre, egzoz gazındaki bu enerji sahip olduğu yüksek sıcaklık değerine bağlı olarak iyi bir geri kazanım potansiyeline sahiptir. Bu sıcaklık değeri ise motor yüküne göre ciddi bir çeşitlilik göstermektedir. 
Termoelektrik jeneratör kullanılarak egzoz gazındaki bu enerjinin geri kazanımı mümkündür.  Termoelektrik jeneratörlerinin çıkış gücünün artırılmasına ihtiyaç duyulmaktadır fakat çalışma sıcaklıklarının kısıtlı olmasından dolayı ani sıcaklık değişimlerine karşı çalışma sıcaklıklarının dengelenmesine ihtiyaç vardır. Isı borulu eşanjörler, düşük termal dirence sahip olduklarından dolayı sıcak ve soğuk kaynaklar arasında yüksek ısı transferi için kullanılırlar. Isı borusunun özel bir çeşidi olan değişken iletkenlikli ısı borusu kullanılarak çalışma sıcaklığı kontrol altında tutulabilir ve termoelektrik jeneratörler için güvenli bir çalışma ortamı sağlanabilir.
Bu tez çalışması yukarıda bahsi geçen yaklaşımın değerini teorik olarak araştırmaktadır. Değişken iletkenlikli ısı borusu kullanılarak tasarlanan termoelektrik jeneratörün termal ve elektrik modeline çözüm sunulmuştur. Yapılan teorik çalışmanın sonuçları ise doğruluğu kanıtlamak açısından çalışma grubu tarafından yapılan deneysel çalışmanın sonuçları ile kıyaslanmıştır. 
Yapılan çalışma sonucunda, ısı borulu ısı eşanjörü termoelektrik jeneratörün minimum eşdeğer termal dirençle, pasif ve güvenli bir şekilde sabit, optimum bir sıcaklık değerinde çalışmasına olanak sağladığı tespit edilmiştir. Ayrıca, değişken iletkenlikli ısı borusunun kullanımının kısmi yük altında aktif modüllerin sıcaklık seviyesini fazla etkilemeden aktif modül alanını etkin bir şekilde azalttığı tespit edilmiştir. 
Bu tez çalışması, Portekiz'de bulunan Universidade do Minho Makine Mühendisliği bölümüyle ortaklaşa gerçekleştirilen projenin bir bölümüdür ve ERASMUS Öğrenci Değişim Programı kapsamında yürütülmüştür.

Abstract:
The energy content of internal combustion engine exhaust gases is of the same order of magnitude of the mechanical energy provided to the driveshaft. On a second law of thermodynamics standpoint, it even displays a good recovery potential due to its relatively high temperature. However, this temperature will vary significantly with engine load.
Exhaust heat recovery is possible by using thermoelectric generator. At the same time, it is needed to increase the power output of thermoelectric generators. But the operating temperature is required to regulate the operating temperature since thermoelectric generators are temperature limited. Heat pipe based heat exchangers are used obtain high heat transfer between a hot and a cold source due to their very low resistance. The operating temperature may be control by using variable conductance heat pipe which is one of the special kind of heat exchangers. By this way, reliable conditions may be provided for thermoelectric generators.
The present study investigates theoretically the merit of the aforementioned approach. A thermal model of a thermoelectric generator with variable conductance het pipe assist is proposed. Theoretical results obtained are presented together with experimental results made by the group to validate the model.
It was found that indeed the heat pipe heat exchanger enables the thermoelectric generator to operate at a constant, optimal temperature in a passive and safe way and with a minimal overall thermal resistance. Furthermore, the use of variable conductance heat pipes was found to prevent thermal dilution under low loads by effectively reducing the active module area and not by deprecating the temperature level of the whole generator.
The present study is a part of the project which is cooperated with Department of Mechanical Engineering of Universidade do Minho in Portugal and it is carried out within ERASMUS Student Exchange Programme.