بررسي آزمايشگاهي مديريت حرارتي سيستم مولد ترموالكتريك با شرايط مرزي گذرا

Thermal management of a thermoelectric generator system with transient boundary conditions,an experimental investigation

در سال هاي اخير ، مولد هاي ترموالكتريكي كه قابليت توليد مستقيم الكتريسيته از حرارت را دارند بعنوان يك دستگاه توليد انرژي الكتريكي بشدت مورد توجه قرار گرفته اند. از آنجا كه در بيشتر كاربردها، مولد ترموالكتريكي داراي شرايط مرزي دمايي ناپايدار است، يكي از چالش هاي مهم سيستم هاي حرارتي شامل مولد هاي ترموالكتريك، مديريت توان توليدي سيستم براي شرايط مرزي گذرا مي باشد. در اين مقاله، با توجه به شرايط مرزي حرارتي گذرا ، جهت دستيابي به ولتاژ خروجي پايدارتر ، بكارگيري مواد تغيير فاز دهنده در محل اتصالات مرزي مورد بررسي قرار گرفته است. مواد تغيير فاز دهنده داراي قابليت ذخيره سازي مقادير زيادي از انرژي حرارتي به صورت گرماي نهان در نقطه ذوب و انجماد خود مي باشند.از اين رو، در اين پژوهش يك سيستم حرارتي شامل مولد ترموالكتريك بصور نمونه آزمايشگاهي ساخته شد. دو مخزن آلومينيومي با ظرفيت مشخص ساخته شده و در سمت گرم و سرد مولد ترموالكتريكي نصب گرديدند. مخزن سمت گرم با ماده تغيير فاز دهنده در دماي 65 درجه و مخزن سمت سرد با ماده تغيير فاز دهنده در دماي 30 درجه پر گرديدند. به منظور توليد حرارت منبع گرم از يك هيتر الكتريكي استقاده گرديد. جهت ايجاد شرايط گذرا، هيتر براي سه بار پياپي به مدت 5 دقيقه روشن و سپس به مدت 5 دقيقه خاموش گرديده است. نتايج آزمايش نشان داده است با بكارگيري مواد تغيير فاز دهنده مي توان به طور قابل توجهي نوسانات دمايي منبع حرارتي را در سمت گرم ترموالكتريك كاهش داد و عملكرد سيستم را بهبود بخشيد. از طرفي ديگر، مواد تغيير فاز دهنده در زمان وجود منبع حرارتي مقداري از انرژي را در خود ذخيره كرده و در زمان حذف منبع حرارتي اين انرژي را به مرور آزاد مي گردانند كه باعث توليد ولتاژ توسط سيستم براي مدت زمان طولاتي تري بعد از حذف منبع حرارتي مي شود.

In recent years, the thermoelectric generators (TEG), that are capable to produce electricity directly from heat, are highly regarded. Since in most applications, the thermoelectric generators have a transient heat boundary conditions, thermal management of the system is a big challenge. In this article, with regard to the transient thermal boundary conditions, using phase change materials (PCM) in order to achieve a stable output of the system has been investigated. Phase change materials could save a lot of thermal energy at their melting point as latent heat. Two aluminum containers with a certain capacity built and separately filled by two different PCMs. One PCM container filled by a PCM with melting temperature of 65°C and installed in the hot side of the TEG module and another one filled by PCM with melting temperature of 30°C and installed in the cold side of the TEG module. An electrical heater used as heat source of the system. To create a transient condition, the electrical heater has been on and off every 5 minutes for 3 times. The results show, using phase change material significantly reduced the effect of fluctuations of the heat source in the output of the system.