Termoelektromos gyorsulásmérő szenzor működési feltételeinek optimalizálása
Napjainkban egyre nagyobb szükség van az energia tudatos és környezetkímélő felhasználására. A megújuló energiaforrások használata nem csak egy „zöldebb” alternatívát kínál a fosszilis tüzelőanyagokhoz képest, de kifogyhatatlan mennyiségben áll rendelkezésünkre.
Ipari folyamatok következtében elkerülhetetlen valamilyen veszteség keletkezése. Sok esetben ez hő formájában mutatkozik meg, és felhasználatlanul távozik a környezetbe. A rendszerből ily módon távozó hő azonban újra felhasználható, például termoelektromos generátorok segítségével.
A termoelektromos generátor (TEG) közvetlenül alakítja át a hőt villamos energiává a Seebeck-effektus alapján [1]. Az így keletkezett áram rendkívül sokféleképpen hasznosítható többek között vezeték nélküli szenzorok működtetésére, melyek a környezetet monitorozzák. Dolgozatomban azt vizsgálom, hogy megvalósítható-e egy ilyen, már létező gyorsulásmérő szenzor áramellátása a termoelektromos hatást kihasználva. A TEG alkalmazása sok szempontból előnyös lehet. Gyárakon belül olyan helyekre is felszerelhető, ahol a tápellátás nem megvalósítható, vagy nem biztonságos. Hosszú életciklusa miatt előnyt élvez az időnként cserére szoruló elemekkel szemben is. Működése halk és megbízható, kompakt mérete miatt könnyen beépíthető [2].
Az említett szenzor forgó, rezgő alkatrészeket tartalmazó gépek felületére rögzíthető, hogy a gyorsulás fokozatos megváltozásából jelezni tudja, ha valamilyen hiba (kiegyensúlyozatlanság) van a rendszerben. Az szenzorba helyezett TEG ezen gépek melegedését használja ki. A nagyobb villamos teljesítmény érdekében a TEG két oldala között minél nagyobb hőmérséklet-különbséget kell kialakítani, melyhez az egyik oldal hűtését biztosítani kell. Ehhez analitikusan és végeselem módszerrel elemzem milyen összefüggés van a hűtőborda paraméterei és a kimeneti teljesítmény között. Az optimális működés eléréséért a borda geometriáját módosítom, ami azonban megváltoztathatja a gyorsulásmérő szenzor sajátfrekvenciáját. Az esetleges rezonancia meghamisíthatja a gyorsulásmérő által mért adatokat, így a rendszert rezgéstani szempontból is vizsgálom. A kapott eredmények függvényében javaslatot teszek a műszer további fejlesztésére.
[1] He, W., Zhang, G., Zhang, X., Ji, J., Li, G., & Zhao, X. (2015). Recent development and application of thermoelectric generator and cooler. Applied Energy, 143, 1-25.
https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2014.12.075
[2] Niu, X., Yu, J., & Wang, S. (2009). Experimental study on low-temperature waste heat thermoelectric generator. Journal of Power Sources, 188 (2), 621-626.
https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2008.12.067
