Feasibility assessment of hybrid thermoelectric conversion in mobile computing
Dizüstü bilgisayarlarda hibrid termoelektrik enerji dönüşümünün fizibilite çalışması
- Tez No: 349564
- Danışmanlar: Assoc. Prof. Dr. ALİ MUHTAROĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Enerji, Computer Engineering and Computer Science and Control, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2013
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: ODTÜ Kuzey Kıbrıs Kampüsü-Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 120
Özet
Bu tezde kapalı ve ısıl olarak yalıtılmış bir sistem; hibrid termoelektrik enerji dönüşümü, enerji üretimi ve soğutma olanakları açısından deneysel olarak incelenmiştir. Isıl simulasyonlar için ANSYS Icepak yardımıyla bir sonlu analiz modeli hazırlanmıştır. Buradan çıkan sonuçlar önceden deney yoluyla elde edilen verilerle karşılaştırılmıştır. Standart bir termoelektrik (TE) modül alınarak, bu modülün önceden belirlenmiş ısı aralıklarında üretebileceği maksimum güç laboratuarda analiz edilmiştir. Hazırlanmış olan bu ısıl simulasyon yardımıyla sistem içerisindeki 'sıcak noktalar' ve entegrasyona elverişli alanlar belirlenmiştir. Bu şekilde entegrasyon işleminin sistem performansı üzerindeki etkilerinin mümkün olduğunca aza indirgenmesi amaçlanmıştır. Ön görülmüş olan verileri değerlendirmek amacıyla, termoelektrik modül sisteme hem güç üretimi hem de soğutma modunda çalışmasını mümkün kılacak şekilde entegre edilmiştir. Maksimum çalışma koşulları altında termoelektrik modül 4.27 mW güç üretebilmiştir.. Ancak soğutma sistemi testleri esnasında termoelektrik modülün sistemde aşırı bir ısınmaya sebep olduğu gözlemlenmiştir. Bu sorunun çözümü için sistemin ısıl dizaynında, termoelektrik modülün üzerinde pasif bir soğuma sağlayacak bir modifikasyon önerisi geliştirilmiştir. Bu modifikasyon sayesinde maksimum güç üretim kapasitesi 1.4 mW'a yükselmiş, aşırı ısınma sorunu bir termoelektrik soğutucu vasıtasıyla giderilmiş ve 1.7 W'lık bir Termal Dizayn Güç paketi sayesinde sistem performansı yükseltilmiştir. Hibrid termoelektrik enerji dönüştürücünün empirik fizibilitesi analizi bu tezde ilk defa yapılmıştır. Bu sayede termoelektrik malzemelerin microelektronik alanında ihtiyaca yönelik kullanımının mümkün kılınması hedeflenmektedir. Termoelektrik malzeme özelliklerindeki gelişmeler Seebeck katsayısına %10 katkıda bulunmuş ve dolayısı ile termoelektrik malzemenin performans katsayısını %5.5 artırmıstır. Buna bağlı olarak, termoelektrik malzeme güç üretimine 1.55 mW artırarak Termal Dizayn Güç'ü 2.5 W miktarında geliştirmiştir. Sonuç olarak bu çalışmalar bize göstermiştir ki, termal bazda sınırlı bir sistemde genişletilmiş soğutma sistemi ile geliştirilmiş termoelektrik enerji geri kazanımı, hibrit termoelektrik donüştürmesinden daha iyi bir stratejidir. Bunun için, HTC'nin deneysel fizibilitesi üzerinde termal limitli dizüstü bilgisayar sistemi içinde ilk defa çalışılmış ve ölçülmüstür.
Özet (Çeviri)
The idea of hybrid thermoelectric conversion (HTC) is experimentally investigated in this thesis for energy scavenging and cooling opportunities in compact and thermally limited notebook systems. A detailed Finite Element (FE) model was constructed using ANSYS Icepak for thermal simulations. The simulation results were then correlated with the experimental thermal characterization data. An off-the-shelf thermoelectric module was characterized in laboratory to quantify maximum Seebeck power generation for a given temperature difference across the TE module, and Peltier temperature difference that develops across the module for applied power. The plausible 'hotspot' locations were identified in the system by using thermal simulations, so that the TE module can be integrated with little or no impact on system performance. The predictions were then validated by integrating the TE module to the system under consideration, where it was operated in both power generation and cooler mode. In terms of TE power generation, maximum power density was found to be 4.27 mW/cm3 at maximum work load conditions. However, the TE module caused excessive heating in the system while tested for cooling. A modification in system thermal design was proposed in terms of a passive cooling solution on the top of TE module, which increased the maximum power generation capacity to 1.4 mW, eliminated the problem of excessive heating with TE cooler, and improved system performance by providing a Thermal Design Power (TDP) envelop of up to 1.7W. Improvements in TE material properties were also investigated which suggested that a 10% increase in Seebeck coefficient and consequently a 5.5% increase in COP of TE material can enhance the power generation by 1.55mW and can improve performance by 2.5W TDP envelop. It was thus concluded that investing in an enhanced cooling solution and taking advantage of the improved TE energy harvesting opportunity in such a thermally limited system is a better strategy for performance and energy optimization than employing hybrid TE conversion. The empirical feasibility of HTC was thus studied and quantified for the first time in this work in a thermally limited notebook system.
Benzer Tezler
- Hybrid pavement: Assessment of rigid and flexible pavements together
Hibrit üstyapı: Rijit ve esnek üstyapıların birlikte kullanılmasının değerlendirilmesi
İBRAHİM ALKASAH
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
İnşaat MühendisliğiKarabük Üniversitesiİnşaat Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. HALİL İBRAHİM YUMRUTAŞ
- Design of smart controllers for hybrid electric vehicles
Melez elektrikli taşıtlar için akıllı denetleyicilerin tasarımı
ETKİN ÖZEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2005
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Bölümü
Y.DOÇ.DR. MELİK DÖLEN
- Design of hybrid solar wind system for sustainable energy storage: A case study Rutba city
Sürdürülebilir enerji depolaması için hibrit güneş rüzgar sisteminin tasarımı: Rutba şehiri örnek çalışması
AHMED BASEM MOHAMMD ALDULAEMI
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSakarya ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CENK YAVUZ
- Yenilenebilir enerji kaynağı ile hidrojen sülfürden hidrojen üretim kombine sistem tasarımı ve analizi
Design and analysis of hydrogen production combined system from hydrogen sulfide with renewable energy source
KEMAL GÖK
Doktora
Türkçe
2022
EnerjiGazi ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ADNAN SÖZEN
- Natural ventilation of high-rise buildings a methodology for planning with different analysis tools and case-study integration
Çok katlı binalarda doğal havalandırma farklı analiz araçları ve örnek alan entegrasyonu ile planlama için bir yöntem
TOBIAS SCHULZE
Doktora
İngilizce
2015
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
Prof. Dr. AYŞE ZERRİN YILMAZ
PROF. DR. MARCO PERINO