Araştırma Makalesi
BibTex RIS Kaynak Göster

Termoelektrik Buzdolaplarında Çoklu Düzenlemenin ve Elektrik Gücünün Soğutma Performansına Etkilerinin Deneysel Olarak İncelenmesi

Yıl 2025, Cilt: 15 Sayı: 1, 279 - 290, 01.03.2025
https://doi.org/10.21597/jist.1519229

Öz

Termoelektrik (TE) soğutma teknolojisi, kompakt ve hafif yapısı ile taşınabilir soğutma sistemlerinde popüler bir çözüm sunmaktadır. Bu çalışmada, TE soğutucuların soğutma performansı ve enerji verimliliği üzerinde çeşitli tasarım parametrelerinin etkisi deneysel olarak incelenmiştir. Araştırmada, aktif modül sayısı (1 ila 3 arasında) ve uygulanan besleme gerilim (8, 10 ve 12 V) gibi kritik değişkenlerin sistem performansına etkileri deneysel olarak ele alınmaktadır. Bu deneysel parametreler farklı soğutma hacimleri için incelenerek sonuçlar detaylandırılmıştır. Ayrıca bu parametrelerin soğutma kapasitesi, sıcaklık düşümü, COP ve enerji tüketimi üzerindeki etkileşimleri ortaya koyularak, TE soğutma teknolojisinin performanslarını geliştirme yollarını araştırılmıştır. Elde edilen bulgular daha büyük soğutma hacimlerinde termodinamik açıdan daha verimli TE soğutma sistemlerinin uygulanabileceğini göstermektedir. Buna karşın küçük hacimlerde daha düşük kararlı hal sıcaklıkları elde edilmiştir. Ayrıca uygulanan besleme geriliminin geometrik parametrelere göre optimize edilmesi gerekliliği ortaya çıkmış ve en etkili soğutma yükü 10 V besleme gerilimi ve 3P modu için elde edilmiştir. Sonuç olarak, bu çalışma, termoelektrik soğutma sistemlerinin tasarımı ve işletilmesinde karşılaşılan zorlukları aşmak için kritik parametrelerin derinlemesine anlaşılmasının önemini vurgulamaktadır. Aktif modül sayısı ve uygulanan besleme geriliminin optimizasyonu, bu teknolojinin farklı uygulama alanlarına uyum sağlamasını ve enerji verimliliğini artırarak daha geniş bir kullanım potansiyeline ulaşmasını sağlayacak temel unsurlardır.

Kaynakça

  • Mirmanto, M., Syahrul, S., & Wirdan, Y. (2019). Experimental performances of a thermoelectric cooler box with thermoelectric position variations. Engineering Science and Technology, an International Journal, 22(1), 177-184.
  • Afshari, F., Comakli, O., Adiguzel, N., Karagoz, S. (2016). Optimal charge amount for different refrigerants in air-to-water heat pumps. Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Mechanical Engineering, 40(4), 325-335.
  • Khanlari, A., Sözen, A., Sahin, B., Di Nicola, G., Afshari, F. (2020). Experimental investigation on using building shower drain water as a heat source for heat pump systems. Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, 1-13.
  • Dai, Y. J., Wang, R. Z., Ni, L. (2003). Experimental investigation on a thermoelectric refrigerator driven by solar cells. Renewable energy, 28(6), 949-959.
  • Abdul-Wahab S A, Elkamel A, Al-Damkhi A M, Ishaq A, Al-Rubai'ey H S, Al-Battashi A K, Chutani M U. Design and experimental investigation of portable solar thermoelectric refrigerator. Renewable Energy. 2009; 34(1): 30-34.
  • Martinez A, Astrain D, Rodriguez A, Aranguren P. Advanced computational model for Peltier effect based refrigerators. Applied Thermal Engineering. 2016; 95: 339-347.
  • Afshari, F., Ceviz, M. A., Mandev, E., & Yıldız, F. (2022). Effect of heat exchanger base thickness and cooling fan on cooling performance of Air-To-Air thermoelectric refrigerator; experimental and numerical study. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 52, 102178.
  • Mandev, E., Muratçobanoğlu, B., Sahin, B., Teimuri-Mofrad, R., Rahimpour, S., & Afshari, F. (2023). Performance analysis of thermo-electric cooling systems equipped with surface-modified and recycled nanofluids. Journal of Enhanced Heat Transfer, 30(3).
  • Çolak, A., Çelik, A., Mandev, E., Muratçobanoğlu, B., Gülmüş, B., Afshari, F., & Ceviz, M. A. (2023). Study on a novel inclined solar water distillation system using thermoelectric module for condensation. Process Safety and Environmental Protection, 177, 986-994.
  • Muratçobanoğlu, B., Mandev, E., Ömeroğlu, G., Akpınar, F., Öz, E., & Afshari, F. (2024a). Experimental and numerical study on effects of new-generation finned heat exchanger on thermal performance of thermoelectric cooling systems. Heat Transfer Research, 55(5).
  • Umut, İ., & Akal, D. (2024). Yapay zekâ tarafından kontrol edilen özgün bir termoelektrik CPU soğutma sistemi. Journal of the Faculty of Engineering & Architecture of Gazi University/Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 39(1).
  • Gökçek, M., Şahin, F. (2017). Experimental performance investigation of minichannel water cooled-thermoelectric refrigerator. Case Studies in Thermal Engineering, 10, 54-62.
  • Cheng, Y. H., Shih, C. (2006). Maximizing the cooling capacity and COP of two-stage thermoelectric coolers through genetic algorithm. Applied Thermal Engineering, 26(8-9), 937-947.
  • Ohara, B., Sitar, R., Soares, J., Novisoff, P., Nunez-Perez, A., Lee, H. (2015). Optimization strategies for a portable thermoelectric vaccine refrigeration system in developing communities. Journal of Electronic Materials, 44(6), 1614-1626.
  • Muratçobanoğlu, B., Mandev, E., Ceviz, M. A., Manay, E., & Afshari, F. (2024b). CFD simulation and experimental analysis of cooling performance for thermoelectric cooler with liquid cooling heat sink. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 149(1), 359-377.
  • Çağlar, A. (2018). Optimization of operational conditions for a thermoelectric refrigerator and its performance analysis at optimum conditions. International Journal of Refrigeration, 96, 70-77.
  • Tan, H., Fu, H., Yu, J. (2017). Evaluating optimal cooling temperature of a single-stage thermoelectric cooler using thermodynamic second law. Applied Thermal Engineering, 123, 845-851.
  • Hao, J., Qiu, H., Ren, J., Ge, Z., Chen, Q., Du, X. (2020). Multi-parameters analysis and optimization of a typical thermoelectric cooler based on the dimensional analysis and experimental validation. Energy, 205, 118043.
  • Moazzez, A. F., Najafi, G., Ghobadian, B., Hoseini, S. S. (2020). Numerical simulation and experimental investigation of air cooling system using thermoelectric cooling system. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 139(4), 2553-2563.
  • Afshari, F. (2021). Experimental and numerical investigation on thermoelectric coolers for comparing air-to-water to air-to-air refrigerators. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 144(3), 855–868.
  • Tuncer, A. D., Sözen, A., Khanlari, A., Gürbüz, E. Y., Variyenli, H. İ. (2021). Upgrading the performance of a new shell and helically coiled heat exchanger by using longitudinal fins. Applied Thermal Engineering, 191, 116876.

Experimental Investigation of the Effects of Multiple Configurations and Electrical Power on the Cooling Performance of Thermoelectric Refrigerators

Yıl 2025, Cilt: 15 Sayı: 1, 279 - 290, 01.03.2025
https://doi.org/10.21597/jist.1519229

Öz

Thermoelectric (TE) cooling technology offers a popular solution for portable cooling systems due to its compact and lightweight structure. This study experimentally investigates the impact of various design parameters on the cooling performance and energy efficiency of TE coolers. The effects of critical variables such as the number of active modules (ranging from 1 to 3) and the applied supply voltage (8, 10 and 12 V) on system performance have been experimentally evaluated. These experimental parameters were examined across different cooling volumes, with detailed results presented. Additionally, the interactions of these parameters with cooling capacity, temperature reduction, COP, and energy consumption were explored to identify ways to enhance the performance of TE cooling technology. The findings indicate that TE cooling systems can be more thermodynamically efficient in larger cooling volumes. On the other hand, lower steady-state temperatures were achieved in smaller volumes. It has also emerged that the applied supply voltage needs to be optimized according to geometric parameters, with the most effective cooling load obtained at a 10 V supply voltage and a 3P mode. In conclusion, this study underscores the importance of a thorough understanding of critical parameters to overcome the challenges encountered in the design and operation of thermoelectric cooling systems. The optimization of the number of active modules and the applied supply voltage are fundamental elements that will enable this technology to adapt to various application areas and achieve greater energy efficiency and broader usage potential.

Kaynakça

  • Mirmanto, M., Syahrul, S., & Wirdan, Y. (2019). Experimental performances of a thermoelectric cooler box with thermoelectric position variations. Engineering Science and Technology, an International Journal, 22(1), 177-184.
  • Afshari, F., Comakli, O., Adiguzel, N., Karagoz, S. (2016). Optimal charge amount for different refrigerants in air-to-water heat pumps. Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Mechanical Engineering, 40(4), 325-335.
  • Khanlari, A., Sözen, A., Sahin, B., Di Nicola, G., Afshari, F. (2020). Experimental investigation on using building shower drain water as a heat source for heat pump systems. Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, 1-13.
  • Dai, Y. J., Wang, R. Z., Ni, L. (2003). Experimental investigation on a thermoelectric refrigerator driven by solar cells. Renewable energy, 28(6), 949-959.
  • Abdul-Wahab S A, Elkamel A, Al-Damkhi A M, Ishaq A, Al-Rubai'ey H S, Al-Battashi A K, Chutani M U. Design and experimental investigation of portable solar thermoelectric refrigerator. Renewable Energy. 2009; 34(1): 30-34.
  • Martinez A, Astrain D, Rodriguez A, Aranguren P. Advanced computational model for Peltier effect based refrigerators. Applied Thermal Engineering. 2016; 95: 339-347.
  • Afshari, F., Ceviz, M. A., Mandev, E., & Yıldız, F. (2022). Effect of heat exchanger base thickness and cooling fan on cooling performance of Air-To-Air thermoelectric refrigerator; experimental and numerical study. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 52, 102178.
  • Mandev, E., Muratçobanoğlu, B., Sahin, B., Teimuri-Mofrad, R., Rahimpour, S., & Afshari, F. (2023). Performance analysis of thermo-electric cooling systems equipped with surface-modified and recycled nanofluids. Journal of Enhanced Heat Transfer, 30(3).
  • Çolak, A., Çelik, A., Mandev, E., Muratçobanoğlu, B., Gülmüş, B., Afshari, F., & Ceviz, M. A. (2023). Study on a novel inclined solar water distillation system using thermoelectric module for condensation. Process Safety and Environmental Protection, 177, 986-994.
  • Muratçobanoğlu, B., Mandev, E., Ömeroğlu, G., Akpınar, F., Öz, E., & Afshari, F. (2024a). Experimental and numerical study on effects of new-generation finned heat exchanger on thermal performance of thermoelectric cooling systems. Heat Transfer Research, 55(5).
  • Umut, İ., & Akal, D. (2024). Yapay zekâ tarafından kontrol edilen özgün bir termoelektrik CPU soğutma sistemi. Journal of the Faculty of Engineering & Architecture of Gazi University/Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 39(1).
  • Gökçek, M., Şahin, F. (2017). Experimental performance investigation of minichannel water cooled-thermoelectric refrigerator. Case Studies in Thermal Engineering, 10, 54-62.
  • Cheng, Y. H., Shih, C. (2006). Maximizing the cooling capacity and COP of two-stage thermoelectric coolers through genetic algorithm. Applied Thermal Engineering, 26(8-9), 937-947.
  • Ohara, B., Sitar, R., Soares, J., Novisoff, P., Nunez-Perez, A., Lee, H. (2015). Optimization strategies for a portable thermoelectric vaccine refrigeration system in developing communities. Journal of Electronic Materials, 44(6), 1614-1626.
  • Muratçobanoğlu, B., Mandev, E., Ceviz, M. A., Manay, E., & Afshari, F. (2024b). CFD simulation and experimental analysis of cooling performance for thermoelectric cooler with liquid cooling heat sink. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 149(1), 359-377.
  • Çağlar, A. (2018). Optimization of operational conditions for a thermoelectric refrigerator and its performance analysis at optimum conditions. International Journal of Refrigeration, 96, 70-77.
  • Tan, H., Fu, H., Yu, J. (2017). Evaluating optimal cooling temperature of a single-stage thermoelectric cooler using thermodynamic second law. Applied Thermal Engineering, 123, 845-851.
  • Hao, J., Qiu, H., Ren, J., Ge, Z., Chen, Q., Du, X. (2020). Multi-parameters analysis and optimization of a typical thermoelectric cooler based on the dimensional analysis and experimental validation. Energy, 205, 118043.
  • Moazzez, A. F., Najafi, G., Ghobadian, B., Hoseini, S. S. (2020). Numerical simulation and experimental investigation of air cooling system using thermoelectric cooling system. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 139(4), 2553-2563.
  • Afshari, F. (2021). Experimental and numerical investigation on thermoelectric coolers for comparing air-to-water to air-to-air refrigerators. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 144(3), 855–868.
  • Tuncer, A. D., Sözen, A., Khanlari, A., Gürbüz, E. Y., Variyenli, H. İ. (2021). Upgrading the performance of a new shell and helically coiled heat exchanger by using longitudinal fins. Applied Thermal Engineering, 191, 116876.
Toplam 21 adet kaynakça vardır.

Ayrıntılar

Birincil Dil Türkçe
Konular Makine Mühendisliği (Diğer)
Bölüm Makina Mühendisliği / Mechanical Engineering
Yazarlar

Emre Mandev 0000-0002-6791-4136

Erken Görünüm Tarihi 20 Şubat 2025
Yayımlanma Tarihi 1 Mart 2025
Gönderilme Tarihi 19 Temmuz 2024
Kabul Tarihi 23 Ekim 2024
Yayımlandığı Sayı Yıl 2025 Cilt: 15 Sayı: 1

Kaynak Göster

APA Mandev, E. (2025). Termoelektrik Buzdolaplarında Çoklu Düzenlemenin ve Elektrik Gücünün Soğutma Performansına Etkilerinin Deneysel Olarak İncelenmesi. Journal of the Institute of Science and Technology, 15(1), 279-290. https://doi.org/10.21597/jist.1519229
AMA Mandev E. Termoelektrik Buzdolaplarında Çoklu Düzenlemenin ve Elektrik Gücünün Soğutma Performansına Etkilerinin Deneysel Olarak İncelenmesi. Iğdır Üniv. Fen Bil Enst. Der. Mart 2025;15(1):279-290. doi:10.21597/jist.1519229
Chicago Mandev, Emre. “Termoelektrik Buzdolaplarında Çoklu Düzenlemenin Ve Elektrik Gücünün Soğutma Performansına Etkilerinin Deneysel Olarak İncelenmesi”. Journal of the Institute of Science and Technology 15, sy. 1 (Mart 2025): 279-90. https://doi.org/10.21597/jist.1519229.
EndNote Mandev E (01 Mart 2025) Termoelektrik Buzdolaplarında Çoklu Düzenlemenin ve Elektrik Gücünün Soğutma Performansına Etkilerinin Deneysel Olarak İncelenmesi. Journal of the Institute of Science and Technology 15 1 279–290.
IEEE E. Mandev, “Termoelektrik Buzdolaplarında Çoklu Düzenlemenin ve Elektrik Gücünün Soğutma Performansına Etkilerinin Deneysel Olarak İncelenmesi”, Iğdır Üniv. Fen Bil Enst. Der., c. 15, sy. 1, ss. 279–290, 2025, doi: 10.21597/jist.1519229.
ISNAD Mandev, Emre. “Termoelektrik Buzdolaplarında Çoklu Düzenlemenin Ve Elektrik Gücünün Soğutma Performansına Etkilerinin Deneysel Olarak İncelenmesi”. Journal of the Institute of Science and Technology 15/1 (Mart 2025), 279-290. https://doi.org/10.21597/jist.1519229.
JAMA Mandev E. Termoelektrik Buzdolaplarında Çoklu Düzenlemenin ve Elektrik Gücünün Soğutma Performansına Etkilerinin Deneysel Olarak İncelenmesi. Iğdır Üniv. Fen Bil Enst. Der. 2025;15:279–290.
MLA Mandev, Emre. “Termoelektrik Buzdolaplarında Çoklu Düzenlemenin Ve Elektrik Gücünün Soğutma Performansına Etkilerinin Deneysel Olarak İncelenmesi”. Journal of the Institute of Science and Technology, c. 15, sy. 1, 2025, ss. 279-90, doi:10.21597/jist.1519229.
Vancouver Mandev E. Termoelektrik Buzdolaplarında Çoklu Düzenlemenin ve Elektrik Gücünün Soğutma Performansına Etkilerinin Deneysel Olarak İncelenmesi. Iğdır Üniv. Fen Bil Enst. Der. 2025;15(1):279-90.