The Effect of Nanofluid Usage on Electricity Consumption in Thermoelectric Refrigeration Application: An Experimental Study

In this study, the effects of nanofluid use in thermoelectric coolers on electricity consumption were investigated. A water-cooled block was placed on the hot side of the TEC in the designed system and a water-to-air heat exchanger was added to the system to cool the coolant. By adding 1% by mass of three distinct nanoparticles (Al2O3, TiO2 ve SiO2) to the fluid, the temperature differences of the cooler cabinet were tested at three distinct outdoor temperatures (18, 24 and 30 °C). In addition, to measure the performance of the cabinet when loaded, 1 litre of water was left in the cabinet and the tests were repeated. In the case where water without nanoparticle addition, which is the reference case, was used as the coolant, the measurement was made for 1 hour and the final temperature of the cooler cabinet was observed. Then the times to obtain the same cooler cabinet temperature by using various nanoparticles were observed. It has been observed that the temperature of the cooler cabinet drops to the desired temperatures earlier in cases where nanofluid was used compared to cooling with water. For this reason, this study is important in terms of efficient use of energy resources.

TermoelektrikBuzdolabıUygulamalarında NanoakışkanKullanımınınElektrikTüketimi ÜzerindekiEtkisi:DeneyselBirÇalışma

Buçalışmada,termoelektriksoğutuculardananoakışkankullanımınınelektriktüketimi üzerindekietkileriaraştırılmıştır.BuamaçlatasarlanansistemdeTEC'insıcaktarafınasu soğutmalıblokyerleştirilmişvesoğutucuakışkanınısısınıalmakiçinsistemesudanhavaya ısıeşanjörüeklenmiştir.Akışkanakütlece%1oranındaüçfarklınanopartiküleklenerek soğutucukabininsıcaklıkfarklarıüçfarklıdışortamsıcaklığındatestedilmiştir.Ayrıca soğutucukabinindoluolmasıdurumundakiperformansınıölçmekiçinkabine1litresu bırakılmışvetestlertekrarlanmıştır.Soğutmasıvısıolarakreferansdurumolan nanopartikülilavesizsukullanılmasıdurumunda1saatboyuncaölçümyapılmışve soğutucukabininsonsıcaklığıbelirlenmiştir.Dahasonraçeşitlinanopartiküller kullanılarakaynısoğutucukabinsıcaklığınıneldeedildiğizamanlargözlemlenmiştir. Yüksüzkoşullardaaynısoğutmakabinisıcaklığınaulaşmakiçintüketilenenerjimiktarı karşılaştırıldığında,referansdurumagöreenyüksekiyileştirmeAl2O3-Sunanoakışkanıile %57olarakhesaplanmıştır.Yüklükoşullarda,18°CortamsıcaklığındaAl2O3-Su nanoakışkanıkullanıldığındaenerjitüketimindeenyüksekiyileşme%50olarakelde edilmiştir.Referansdurumagöretümnanoakışkankullanımdurumlarındaenerjitasarrufu sağlandığıgözlenmiştir.Nanoakışkankullanıldığıdurumlardasoğutucukabinsıcaklığının suilesoğutmayagöreaynısürelerdedahadüşüksıcaklıklaradüştüğü,yanidahaazenerji tükettiğigözlenmiştir.Bunedenlebuçalışmaenerjikaynaklarınınverimlikullanılması açısındanönemlidir

___

  • [1] Y. He, R. Li, Y. Fan, Y. Zheng, and G. Chen, “Study on the performance of a solid-state thermoelectric refrigeration system equipped with ionic wind fans for ultra-quiet operation,” International Journal of Refrigeration, vol. 130, pp. 441–451, 2021. doi:10.1016/j.ijrefrig.2021.06.017
  • [2] E. Cuce, T. Guclu, and P. M. Cuce, “Improving thermal performance of thermoelectric coolers (TECs) through a nanofluid driven water to air heat exchanger design: An experimental research,” Energy Conversion and Management, vol. 214, pp. 112893, 2020. doi:10.1016/j.enconman.2020.112893
  • [3] T. Guclu and E. Cuce, “Thermoelectric Coolers (TECs): From Theory to Practice,” Journal of Electronic Material, vol. 48, no. 1, pp. 211–230, 2019. doi:10.1007/s11664-018-6753-0
  • [4] X. D. Wang, Q. H. Wang, and J. L. Xu, “Performance analysis of two-stage TECs (thermoelectric coolers) using a three- dimensional heat-electricity coupled model,” Energy, vol. 65, pp. 419–429, 2014. doi:10.1016/j.energy.2013.10.047
  • [5] J. Yu and B. Wang, “Enhancing the maximum coefficient of performance of thermoelectric cooling modules using internally cascaded thermoelectric couples,” International Journal of Refrigeration, vol. 32, no. 1, pp. 32–39, 2009. doi:10.1016/j.ijrefrig.2008.08.006
  • [6] R. Chein and Y. Chen, “Performances of thermoelectric cooler integrated with microchannel heat sinks,” International Journal of Refrigeration, vol. 28, no. 6, pp. 828–839, 2005. doi:10.1016/j.ijrefrig.2005.02.001
  • [7] L. Zhu and J. Yu, “Optimization of heat sink of thermoelectric cooler using entropy generation analysis,” International Journal of Thermal Science, vol. 118, pp. 168–175, 2017. doi:10.1016/j.ijthermalsci.2017.04.015
  • [8] L. Zhu, H. Tan, and J. Yu, “Analysis on optimal heat exchanger size of thermoelectric cooler for electronic cooling applications,” Energy Conversion and Management, vol. 76, pp. 685–690, 2013. doi:10.1016/j.enconman.2013.08.014
  • [9] H. Sadighi Dizaji, S. Jafarmadar, S. Khalilarya, and A. Moosavi, “An exhaustive experimental study of a novel air-water based thermoelectric cooling unit,” Applied Energy, vol. 181, pp. 357–366, 2016. doi:10.1016/j.apenergy.2016.08.074
  • [10] M. Gupta, V. Singh, R. Kumar, and Z. Said, “A review on thermophysical properties of nanofluids and heat transfer applications,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 74, pp. 638–670, 2017. doi:10.1016/j.rser.2017.02.073
  • [11] E. Cuce, P. M. Cuce, T. Guclu, and A. B. Besir, “On the Use of Nanofluids in Solar Energy Applications,” Journal of Thermal Science, vol. 29, no. 3, pp. 513–534, 2020. doi:10.1007/s11630-020-1269-3
  • [12] S. Wiriyasart, P. Suksusron, C. Hommalee, A. Siricharoenpanich, and P. Naphon, “Heat transfer enhancement of thermoelectric cooling module with nanofluid and ferrofluid as base fluids,” Case Studies Thermal Engineering, vol. 24, no. February, p. 100877, 2021. doi:10.1016/j.csite.2021.100877
  • [13] X. Lin, S. Mo, B. Mo, L. Jia, Y. Chen, and Z. Cheng, “Thermal management of high-power LED based on thermoelectric cooler and nanofluid-cooled microchannel heat sink,” Applied Thermal Engineering, vol. 172, p. 115165, 2020. doi:10.1016/j.applthermaleng.2020.115165
  • [14] M. R. Sohel, S. S. Khaleduzzaman, R. Saidur, A. Hepbasli, M. F. M. Sabri, and I. M. Mahbubul, “An experimental investigation of heat transfer enhancement of a minichannel heat sink using Al2O3-H2O nanofluid,” International Journal of Heat Mass Transfer, vol. 74, pp. 164–172, 2014. doi:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2014.03.010
  • [15] S. K. Mohammadian and Y. Zhang, “Analysis of nanofluid effects on thermoelectric cooling by micro-pin-fin heat exchangers,” Applied Thermal Engineering, vol. 70, no. 1, pp. 282–290, 2014. doi:10.1016/j.applthermaleng.2014.05.010
  • [16] N. Ahammed, L. G. Asirvatham, and S. Wongwises, “Thermoelectric cooling of electronic devices with nanofluid in a multiport minichannel heat exchanger,” Experimental Thermal and Fluid Science, vol. 74, pp. 81–90, 2016. doi:10.1016/j.expthermflusci.2015.11.023
  • [17] M. Khoshvaght-Aliabadi and M. Sahamiyan, “Performance of nanofluid flow in corrugated minichannels heat sink (CMCHS),” Energy Conversion and Management, vol. 108, pp. 297–308, 2016. doi:10.1016/j.enconman.2015.11.026
  • [18] S. M. Peyghambarzadeh, S. H. Hashemabadi, A. R. Chabi, and M. Salimi, “Performance of water based CuO and Al2O3 nanofluids in a Cu-Be alloy heat sink with rectangular microchannels,” Energy Conversion and Management, vol. 86, pp. 28–38, 2014. doi:10.1016/j.enconman.2014.05.013
  • [19] P. Naphon and L. Nakharintr, “Heat transfer of nanofluids in the mini-rectangular fin heat sinks,” International Communications in Heat Mass Transfer, vol. 40, no. 1, pp. 25–31, 2013. doi:10.1016/j.icheatmasstransfer.2012.10.012
  • [20] B. Rimbault, C. T. Nguyen, and N. Galanis, “Experimental investigation of CuO-water nanofluid flow and heat transfer inside a microchannel heat sink,” International Journal of Thermal Science, vol. 84, pp. 275–292, 2014. doi:10.1016/j.ijthermalsci.2014.05.025
Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi-Cover
  • Yayın Aralığı: Yılda 3 Sayı
  • Başlangıç: 2015
  • Yayıncı: Aydın Karapınar
Sayıdaki Diğer Makaleler

Yenilenebilir Enerji Kaynağı ile Hidrojen Sülfürden Hidrojen Üretim Kombine Sistem Tasarımı ve Analizi

Adnan SÖZEN, Kemal GÖK

MOF-303 – Aktif Karbon Karışımlarının Pasif Isı Yönetimi Uygulamaları için İncelenmesi

Ahmet Alperen GÜNAY

Karşıt Akışlı Ranque – Hilsch Vorteks Tüpünün Lineer Regresyon, Destek Vektör Makineleri ve Gauss Süreç Regresyonu Yöntemi ile Performans Analizi

Murat KORKMAZ, Ayhan DOĞAN, Volkan KIRMACI

Termoelektrik Buzdolabı Uygulamalarında Nanoakışkan Kullanımının Elektrik Tüketimi Üzerindeki Etkisi: Deneysel Bir Çalışma

Ayşe Pınar MERT CÜCE, Tamer GÜÇLÜ, Erdem CUCE

HAVA AKIŞKANLI RANQUE-HILSCH VORTEKS TÜPÜ PERFORMANSINA İŞLEM PARAMETRELERİNİN ETKİSİNİN TAGUCHI METODU İLE İNCELENMESİ

Ramazan CAKIROGLU, Abdusselam EKEN, Adem ACIR

Dağıtık üretim sistemi içeren güç sistemlerinde AOA algoritması ile zehirli ve sera gaz emisyonlarının azaltımı: Nevşehir-Kozaklı vaka çalışması

Ozan AKDAĞ

Türkiye Baz Metal Cevheri İhracatının Herfindahl Hircshman Yoğunlaşma Endeksi ile İncelenmesi

Mikail BAŞYİĞİT, Elif UZUN KART

Kaplama Öncesi Farklı Yüzey İşlemlerinin Grafen Oksit Kaplanmış Alüminyum Alaşımının Korozyon Davranışına Etkileri

Duygu CANDEMİR, Kubilay KARACİF

P20S Plastik Kalıp Çeliğinin Frezelenmesinde Kesme Parametrelerinin Yüzey Pürüzlülüğü ve Teorik Yorulma Ömrüne Etkisi

Barış ÖZLÜ

The Effect of Nanofluid Usage on Electricity Consumption in Thermoelectric Refrigeration Application: An Experimental Study

Erdem CUCE, Pınar MERT CÜCE, Tamer GÜÇLÜ