Termoelektrické moduly pro mikrokogenerační zdroje
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Malé domovní teplovodní kotle na tuhá paliva představují významný zdroj znečištění ovzduší. Je proto snahou zvyšovat jejich účinnost spalování a omezovat produkci vznikajících škodlivých exhalací. Z tohoto důvodu dochází legislativně k omezování provozu starších a v současnosti již nevyhovujících typů domovních kotlů. Preferovanými typy kotlů jsou nízkoemisní kotle, především automatické nebo zplyňovací. Větší část z nich ale, oproti předchozím typům kotlů, vyžaduje také připojení k elektrické rozvodné síti. Pokud dojde k dlouhodobějším výpadkům elektrického napájení, provoz novějších typů kotlů je limitovaný. Na trhu jsou v současnosti dostupné i nízkoemisní zplyňovací kotle spalující dřevo a uhlí, které je možné provozovat i při výpadku elektrického napájení, ale pouze v otopných soustavách s přirozenou cirkulací vody. V otopných soustavách s nuceným oběhem vody není možné tyto kotle, ani krby nebo krbové vložky s teplovodními výměníky při výpadku napájení provozovat bez externího bateriového napájení. Dizertační práce se proto zabývá otázkou, zda by bylo možné pomocí termoelektrické přeměny odpadního tepla spalin malých nízkoemisních spalovacích zařízení získat dostatečné množství elektřiny, napájet jejich oběhová čerpadla a zajistit provoz v soustavách s nucenou cirkulací vody nezávisle na dodávkách elektřiny z rozvodné sítě. Aby bylo možné odpovědět na tuto otázku, byl vytvořen simulační nástroj predikující výkonové parametry termoelektrických generátorů. Oproti dříve publikovaným pracem je do výpočtů a simulací zahrnutý i vliv generátoru na funkčnost odkouření kotlů. Pro ověření simulačního nástroje byl postaveny experimentální termoelektrický generátor využívající odpadního tepla spalin automatického teplovodního kotle na dřevní pelety. Vedle tohoto generátoru vznikla také experimentální termoelektrická krbová vložka a další zařízení související s experimenty.
Small domestic hot water boilers burning solid fuels represent a significant source of air pollu-tion. It is therefore an effort to increase their combustion efficiency and to reduce the produc-tion of harmful emissions. For this reason, the operation of older and currently unsatisfactory types of household boilers has been legally restricted. Preferred types of boilers are low-emission boilers, especially automatic or gasification boilers. Most of them, however, in compar-ison with previous types of boilers, also require connection to the electricity grid. If there is a long-term failure in electricity grid, the operation of newer boiler types is limited. Wood and coal gasification boilers are currently available on the market and can be operated even in the event of a power failure, but only in heating systems with natural water circulation. In heating systems with forced water circulation, these boilers, fireplaces or fireplace inserts with hot-water heat exchangers cannot be operated without external battery supply in the event of a power failure. The dissertation thesis therefore deals with the question of whether it would be possible by thermoelectric conversion of waste heat of flue gases of small-scale low-emission combustion hot water domestic boilers to obtain sufficient electricity, to power supply their circulation pumps and to ensure operation in systems with forced water circulation independently of elec-tricity supply from the grid. In order to answer this question, a simulation tool predicting the power parameters of ther-moelectric generators was created. Compared to previously published works, the calculations and simulations include the influence of the generator on the boiler flue gas functionality. To verify the simulation tool, an experimental thermoelectric generator was built using the waste heat of the flue gas of an automatic hot water boiler for wood pellets. In addition to this genera-tor, there was also created an experimental thermoelectric fireplace insert and other equipment related to these experiments.
Small domestic hot water boilers burning solid fuels represent a significant source of air pollu-tion. It is therefore an effort to increase their combustion efficiency and to reduce the produc-tion of harmful emissions. For this reason, the operation of older and currently unsatisfactory types of household boilers has been legally restricted. Preferred types of boilers are low-emission boilers, especially automatic or gasification boilers. Most of them, however, in compar-ison with previous types of boilers, also require connection to the electricity grid. If there is a long-term failure in electricity grid, the operation of newer boiler types is limited. Wood and coal gasification boilers are currently available on the market and can be operated even in the event of a power failure, but only in heating systems with natural water circulation. In heating systems with forced water circulation, these boilers, fireplaces or fireplace inserts with hot-water heat exchangers cannot be operated without external battery supply in the event of a power failure. The dissertation thesis therefore deals with the question of whether it would be possible by thermoelectric conversion of waste heat of flue gases of small-scale low-emission combustion hot water domestic boilers to obtain sufficient electricity, to power supply their circulation pumps and to ensure operation in systems with forced water circulation independently of elec-tricity supply from the grid. In order to answer this question, a simulation tool predicting the power parameters of ther-moelectric generators was created. Compared to previously published works, the calculations and simulations include the influence of the generator on the boiler flue gas functionality. To verify the simulation tool, an experimental thermoelectric generator was built using the waste heat of the flue gas of an automatic hot water boiler for wood pellets. In addition to this genera-tor, there was also created an experimental thermoelectric fireplace insert and other equipment related to these experiments.
Description
Citation
BRÁZDIL, M. Termoelektrické moduly pro mikrokogenerační zdroje [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2019.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Konstrukční a procesní inženýrství
Comittee
doc. Ing. Zdeněk Skála, CSc. (předseda)
Ing. Jiří Navrátil, CSc. (člen)
doc. Ing. Michal Masaryk, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Jan Fiedler, Dr. (člen)
doc. Ing. Marek Baláš, Ph.D. (člen)
Ing. Milan Kořista, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2019-08-16
Defence
Práce prezentovala cenné experimentální zkušenosti a sumarizovala postupy a doporučení pro úspěšné instalace TEG.
Hodntný je vyvinutý model predikce produkce TEG instalací ověřený experimentem.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení