The design, development and analysis of a hybrid household refrigerator combining thermoelectric and vapour compression cooling systems
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Marmara Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2018
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: ENGİN SÖYLEMEZ
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): Emre Alpman
Eş Danışman: Ayhan Onat
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Termoelektrik (TE) ve buhar sıkıştırmalı soğutma sistemlerinden oluşan hibrit ev tipi buzdolapları deneysel ve nümerik olarak incelenmiştir. Bunun için, ticari olarak uygun termoelektrik soğutucular ticari buzdoplarının taze gıda ve chill bölmelerine uygulanmıştır. Analizler termoelektrik soğutma teknolojilerinin uygulama fırsatlarını arttırmak için termoelektrik soğutucuların faydalarına odaklanmıştır. Bu çalışmanın iki aşaması bulunmaktadır. İlk aşamada, çalışmanın amaçları belirlenmiş ve takip eden hazırlıklar yapıldı: termoelektrik soğutucuların belirlenmesi için 0 °C (chill) ve taze gıda bölmeleri için soğutma yükü hesapları yapılmıştır. Daha sonra, iki referans (seri) ev tipi buzdolabının yanı sıra iki de farklı hibrit ev tipi buzdolabı üretilmiş ve deneysel olarak incelenmiştir. Daha fazla değerlendirme için, bilgisayar destekli akışkan dinamiği analizi (CFD) verileri için gerekli ölçümler yapılmıştır. İkinci safhada ise, en iyi test sonuçlarına sahip hibrit ev tipi buzdolabı sonraki değerlendirmeler için seçilmiştir. Hibrit buzdolabının nümerik analizleri sonrası, CFD modeli geliştirilmiş ve bu modelle önerilen konfigürasyonların analizleri de yapılmıştır. CFD analizinin amacı daha düzgün hava akış ve sıcaklık dağılımı elde etmede termoelektrik soğutucu için en uygun yeri belirlemektir. CFD tahminleri dikkate alınarak, en az sıcaklık tabakalaşmasına sahip konfigürasyon temel alınarak iki yeni hibrit buzdolabı yapılmıştır. CFD tahminleri test sonuçlarıyla daha sonra teyit edilmiştir. Bu çalışmanın sonucu önemli çıktılar içermektedir. Enerji tüketiminin azaltılmasında sağlanan iyileştirmelere rağmen, hibrit buzdolaplarının enerji tüketimi, seri buzdolaplarına kıyasla hala üç kat daha yüksektir. Bu, termoelektrik soğutma teknolojisinin, ölçümlerin işaret ettiği gibi, buhar sıkıştırmalı teknolojiye alternatif olması için Performans Katsayısı'nda (COP) iyileştirmelere ihtiyaç duyduğunu vurgular. Termoelektrik soğutucuların COP'si testlerde 0.3 ila 0.5 W/W arasındaydı. Alternatif olabilmesi için, termoelektrik soğutucuların COP değerleri yaklaşık 2 W/W olmalıdır. Bununla birlikte, hibrit ev tipi buzdolapları, soğutma kapasitesi testlerinde kanıtlandığı üzere, sıcak gıdaların soğutulmasını hızlandırmak açısından muazzam bir potansiyele sahiptir. Yani, sıcak gıda maddeleri, gıdaların güvenli bir şekilde korunabileceği hedef sıcaklık bölgelerine kadar dakikalar içinde soğutulabilir. Ayrıca, buzdolaplarının bölmesinde çok düzgün sıcaklık dağılımı ve daha az sıcaklık dalgalanmaları termoelektrik soğutucular tarafından sağlanabilir. Bu, sıcaklık farklılıklarına çok duyarlı olan bozulmaya karşı hassas gıdaların bozulmadan daha uzun bir süre tutulması için çok önemlidir. TE teknolojisindeki gelişmeler ve yenilikler önemli ölçüde artmaktadır ve bu nedenle TE soğutma teknolojilerinin verimliliği artacaktır. Bu durum ev tipi buzdolaplarına uygulanan buhar sıkıştırmalı soğutma teknolojisine güçlü bir alternatif olmalarına yardımcı olacaktır. Bu kesinlikle biraz zaman alacak olsa da, ev tipi buzdolaplarında son kullanıcıların bazı özel ihtiyaçları için TE soğutucuları kullanmak mümkün olacaktır.