Gemi Makinelerinde Egzoz Atık Isısının Geri Kazanımı İçin Bir Termoelektrik Sistemin Sonlu Elemanlar Yöntemiyle Tasarımı ve Analizi

Author:

Year-Number: 2022-2
Number of pages: 85-101
Mendeley EndNote Alıntı Yap

Abstract

Termoelektrik jeneratör (TEG) literatür taraması sonucu içten yanmalı motorların egzoz sistemlerinden atılan ısının geri kazanımı üzerine geliştirme çalışması yapılmıştır. TEG teknolojisinin kullanımı atık ısının geri kazanılması için çevre dostu bir teknik olarak kabul edilir. Bu doğrultuda incelediğimiz literatürlerde, geçmişte yapılan atık ısı çalışmaları detaylı şekilde incelenmiştir. İçten yanmalı motorlar günümüzde taşıtlarda en yaygın olarak kullanılan tahrik yöntemi olmasına rağmen verimliliklerinin düşük olduğu bilinmektedir. Bu doğrultuda yapılan araştırmalar gösteriyor ki verimliliği %35 olan bir motorun, soğutma suyu ve sürtünme kayıpları yaklaşık %25 oranına sahipken, geri kalan %40’lık enerjinin egzoz gazı ile hiç kullanılmadan atmosfere atıldığı görülmektedir. Dolayısıyla egzoz geri kazanım sistemleri ile enerjiyi dönüştürüp yeniden kullandığımızda bu kayıp enerjinin yüzdesi düşürülmüş olacaktır.

Bu konuda yapılmış çalışmalar incelendiğinde genellikle kara taşıtları üzerinde denemeler yapıldığı ve denizcilik sektöründe örneklerinin olmadığı görülmüştür. Çalışmalar incelendiğinde büyük ebatta termoelektrik jeneratöre rastlanmazken, sıcaklık değerlerinin gemi bacasında da yakalanabileceği görülmüştür. Bu nedenle çalışmaları yakından incelediğimizde sistemin gemilerde de uygulanabilir olacağı düşüncesine varılmıştır. Gemilerdeki egzoz çıkış sıcaklıklarını incelediğimizde ise egzoz manifoldunda 500°C olan sıcaklık, turboşarjer girişte 450°C, turboşarjer çıkışında 300°C ve baca kazanı çıkışında ise yaklaşık 200 °C olduğu görülmüştür. Termoelektrik modülün çalışma sıcaklıklarına en uygun olacak yerin baca kazanı çıkışındaki silencer düzeneği olacağı düşünülmüş ve bununla ilgili detaylı teknik çizimler incelemeye alınmıştır.

Keywords

Abstract

Following review of thermoelectric generator (TEG) literature, development study on recovery of heat released from internal combustion engine exhaust systems was conducted. TEG technology is regarded as an environmentally friendly waste heat recovery technique. Waste heat studies conducted in the past have been thoroughly examined in literature we have examined in this direction. Although internal combustion engines are the most commonly used propulsion method in vehicles today, their efficiency is well known. According to research in this area, an engine with a 35% efficiency has approximately 25% of cooling water and friction losses, while the remaining 40% of energy is thrown into the atmosphere with exhaust gas and is never used. As result, when we convert and reuse energy with exhaust recovery systems, we reduce percentage of this lost energy.

When studies on this subject are examined, it is discovered that trials are generally on land vehicles, with no examples in maritime sector. When studies were examined, it was discovered that, while no large thermoelectric generators were encountered, temperature values could also be captured in ship's chimney. As result studies, we concluded that system would also be applicable on ships. The exhaust outlet temperatures on ships are 500°C at exhaust manifold, 450°C at turbocharger inlet, 300°C at turbocharger outlet, and around 200°C at chimney boiler outlet. The silencer device at the exit of chimney boiler was thought to be the best location for thermoelectric module's operating temperatures, so detailed technical drawings were examined.

Keywords