DUGi

Advances in the modelling of thermoelectric energy harvesters in waste heat recovery applications

http://dugi.udg.edu/item/http:@@@@hdl.handle.net@@2072@@298761

In this work, we investigate harvesting thermoelectric energy from wastedheat in fluid networks and propose a generic tool for the simulation andsizing of thermoelectric energy harvesters, that can be used in industrialapplications to convert expended heat energy into electricity.Current models found in the literature are often based on very specificapplications or are too general in nature to truly explore the optimizationof a wide range of potential thermoelectric applications. The modeldeveloped in this work is highly customizable permitting the optimizationof a large number of varying systems.We develop a theoretical model to accurately estimate the recoveredenergy considering the nonlinearities of the thermoelectricity and heattransfer equations. Taking into account that a real thermoelectric energyharvester always comprises multiple thermoelectric modules placed withrespect to the flow direction, both thermal and electrical series-parallelconfigurations have also been considered.The new model has been analysed and validated under steady andtransient states with experimental data. The proposed energy harvestingsystem is easily scalable, to cater to a variety of applications with different requirements, while improving the energy recovery and operationallifetime of energy sources.On the other hand, this new model is coded in the TRNSYS environment,hence it can be used in design, performance optimization and furtherapplication of thermoelectric energy harvesters. The programmed modulewill serve as the key component of the software package that will predictthe performance of the thermoelectric heat recovery unit used in commonthermal systems

En aquest treball s’investiga la recuperació termoelèctrica en xarxes defluids i es proposa una eina genèrica per a la simulació i dimensionamentde recuperadors termoelèctrics, els quals, poden ser utilitzats enaplicacions industrials per convertir l’energia tèrmica residual enelectricitat.Els models actuals que es troben en la literatura es basen sovint enaplicacions molt específiques o són massa generals per analitzarrealment el comportament de recuperadors en aplicacions reals. Elmodel desenvolupat en aquest treball és altament adaptable pel quepermet estudiar un gran nombre de sistemes diferents.S’ha desenvolupat un model teòric per estimar amb precisió l’energiarecuperada tenint en compte les no linealitats de les equacionstermoelèctriques i de transferència de calor. Tenint en compte que unrecuperador termoelèctric comprèn sempre múltiples mòdulstermoelèctrics col·locats en respecte a la direcció de flux, ambduesconfiguracions sèrie-paral·lel tant la tèrmica com l’elèctrica s’hanconsiderat.El nou model ha estat analitzat i validat sota diversos estats estacionaris itransitoris a partir de dades experimentals. El model de recuperadorproposat s’ha codificat per tal de treballar en l’entorn TRNSYS, demanera que pot ser utilitzat en el disseny i optimització de recuperadorstermoelèctrics, és fàcilment escalable, permet atendre a una gran varietatd’aplicacions i requisits i, per tant, ajudar a la seva implantació enaplicacions reals. Aquest mòdul servirà per predir el comportament derecuperadors de calor termoelèctrics aplicats en sistemes tèrmicsconvencionals

Universitat de Girona