1-) Prematüre Bebek Kuvözleri İçin Termoelektrik Isı Pompası Tasarımı, Optimizasyonu ve Otomatik Kontrolü
Araştırmada, prematüre bebek kuvöz sistemlerinde çeşitli faktörlerden dolayı yaşanan hipertermi&hipotermi problemlerinin tek bir cihazla ortadan kaldırılabilmesi ve aynı zamanda mevcut rezistanslı kuvöz sistemlerinde yaşanan sıcaklık dağılımı ve kontrolünde yaşanan problemlerin ortadan kaldırılabilmesi için ısıtma ve soğutmayı aynı cihaz üzerinde yapabilen modern, teknolojik bir termoelektrik ısı pompasına sahip kuvöz sistemi geliştirilmiştir. Bununla birlikte araştırmada geliştirilen termoelektrik ısı pompasının kuvözde istenen ısıtma gücüne göre termoelektrik modüllerin ve modüllerin üzerinde bulunan ısı kuyularının (heatsinks) optimizasyonu yapılmıştır. Ayrıca geliştirilen cihazın hassas bir şekilde otomatik kontrol edilebilmesini için sistemin kontrolünü sağlayan PID katsayıları Matlab/Simulink® yazılımı kullanılarak hassas olarak belirlenmiştir. Araştırma kapsamında geliştirilen sistemin prototipi üretilmiş ve ısı pompası sisteminin ticari bir rezistanslı kuvözle ile ısıl ve hidrolik performansları yapılan deneylerle araştırılmış ve karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, geliştirilen sistem, mevcut (rezistanslı) sistemlerde yaşanan sorunları ortadan kaldırabildiği ve rezistanslı sisteme göre sıcaklığı daha hassas (0,05 ºC) ve homojen bir şekilde kontrol edebildiği belirlenmiştir. Kuvözler genellikle ısıtma durumunda kullanıldığı için termoelektrik ısı pompasına sahip sistemin verimi rezistanslı sistemden daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Bütün bunlara ek olarak, geliştirilen termoelektrikli sistemin soğutma modu sayesinde, ortam sıcaklığının yüksek olduğu durumlarda rahatlıkla çalışabildiği ve termoelektrikli sistem modüler olarak geliştirildiği için sabit, transport ve hatta atıl durumlardaki kuvözlerde de kullanılabileceği tespit edilmiştir [1].
2-) Termoelektrik Soğutucu Dolaplı Ticari Evaporatif Buharlaştırıcı Soğutma Sistemi
Çalışmada, evaporatif soğutma teknikleri ve termoelektrik soğutma çalışma prensiplerini birlikte barındıran yeni ürün tasarımı ve prototip üretimi yapılmıştır. Prototip cihazın hava akış hızı, hava giriş-çıkış sıcaklıkları ve nem değerleri gibi önemli parametreleri TS EN ISO 23953-2 standardına uygun olarak yapılmış ve altyapısı Denizli’de bulunan Alindair Soğutma Sistemleri Sanayi ve Ticaret A.Ş. işletmesinde mevcut olan test odasında, gerekli testler yapılarak tasarımın mekanik, ısıl ve hidrolik performansları termoelektrik performans analiz sistemi (TEPAS) ölçüm cihazıyla belirlenmiştir. Ticari evaporatif soğutucunun üst kısmı lokasyon olarak seçilerek, bu bölgede yalıtılmış küçük bir hacim oluşturulmuştur. Termoelektrik modülün soğuk yüzeyinden yararlanılarak bu yalıtılmış küçük hacmin soğutulması sağlanmıştır. Termoelektrik modülün diğer yüzeyinde (sıcak yüzey) oluşan ısı, ısının uzaklaştırma yeri ve mekanizmasına göre çalışma kapsamında geliştirilen 3 farklı prototip ile deneysel olarak araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre evaporatif soğutma sistemindeki su sirkülasyona kullanarak geliştirilen sulu soğutma prototipin en iyi performans verdiği belirlenmiş ve bu ürün ticarileşmiştir. Bu şekilde geliştirilen yeni ürün hem evaporatif soğutma teknikleri ile ortamı soğutmakta ve termoelektrik sistemle de oluşturulan yalıtılmış küçük hacim içerisine yerleştirilen çeşitli gıda ve içecekler rahatlıkla soğutulabilmektedir [2].
3-) Termoelektrik Jeneratör Modüllerle Egzoz Isı Enerjisinden Elektriksel Güç Kazanımı
Çalışmada, turbo şarj sistemlerindeki kompresör ile ara soğutucu arasına
termoelektrik jeneratör modüller (TEG) sistemi yerleştirilmiş ve ara soğutucularda
dışarıya atılacak olan ısı enerjisinden faydalanılarak elektriksel güç elde edilmesi
hedeflenmiştir. TEG sisteminin, farklı dış çevre sıcaklıkları ve
farklı boyuttaki modüller için numerik analizleri gerçekleştirilerek, en uygun
sistem tasarlanmıştır. Nümerik analizlerde ANSYS Fluent ve Thermal-Electric programları kullanılarak simülasyonlar
gerçekleştirilmiştir. Bununla birlikte nümerik sonuçlarla, ticari bir modülün (TGM-199-1.4-2.0) analiz sonuçları karşılaştırılmıştır. Araştırma sonuçlarında boyutsuz elektrik direncinin 1,25 ve dış ortam sıcaklığının da 268
K olduğu durumda, 28 adet TGM-199-1.6-2.0 modülünden oluşan TEJ
sisteminden elde edilen toplam güç değeri 70,95 W ve akım değeri ise 22,71 A
olduğu tespit edilmiştir [3].
Kaynaklar
[1] Yeler, O., "Termoelektrik ısı pompalı prematüre bebek kuvözü tasarımı, geliştirilmesi ve termal-hidrolik karakteristiklerinin belirlenmesi", Doktora Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Pamukkale Üniversitesi, 2020.
[2] Gündüz, A., "Termoelektrik soğutma dolaplı buharlaşmalı soğutucunun ısıl ve hidrolik performansının incelenmesi", Yüksek Lisans Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Pamukkale Üniversitesi, 2019.
[3] Gürcan, A., "Farklı boyutlarda termoelektrik jeneratörler kullanılarak egzoz ısı enerjisinin geri kazanımı", Yüksek Lisans Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Pamukkale Üniversitesi, 2019.