The effect of nanofluid usage on electricity consumption in thermoelectric refrigeration application: an experimental study

Abstract

This study investigates the effects of nanofluid use in thermoelectric refrigerators on electricity consumption. A water-cooled block was placed on the hot surface of the TEC, and a water-to-air heat exchanger was added to the refrigeration cycle in order to cool the coolant. By adding 1% by mass of three distinct nanoparticles to the fluid, the temperature differences of the cooled cabinet were tested at three distinct outdoor temperatures. In addition, to measure the cabinet’s performance 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 cooled cabinet was determined. Then the times to obtain the same cooled cabinet temperature using various nanoparticles were observed. It has been observed that energy savings are achieved in all nanofluid use cases compared to the reference situation. It has been observed that the temperature of the cooled cabinet drops to the lower temperatures earlier in cases where nanofluid was used. For this reason, this study is essential in terms of the efficient use of energy resources.

Bu çalışmada, termoelektrik soğutucularda nanoakışkan kullanımının elektrik tüketimi üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Bu amaçla tasarlanan sistemde TEC'in sıcak tarafına su soğutmalı blok yerleştirilmiş ve soğutucu akışkanın ısısını almak için sisteme sudan havaya ısı eşanjörü eklenmiştir. Akışkana kütlece %1 oranında üç farklı nanopartikül eklenerek soğutucu kabinin sıcaklık farkları üç farklı dış ortam sıcaklığında test edilmiştir. Ayrıca soğutucu kabinin dolu olması durumundaki performansını ölçmek için kabine 1 litre su bırakılmış ve testler tekrarlanmıştır. Soğutma sıvısı olarak referans durum olan nanopartikül ilavesiz su kullanılması durumunda 1 saat boyunca ölçüm yapılmış ve soğutucu kabinin son sıcaklığı belirlenmiştir. Daha sonra çeşitli nanopartiküller kullanılarak aynı soğutucu kabin sıcaklığının elde edildiği zamanlar gözlemlenmiştir. Yüksüz koşullarda aynı soğutma kabini sıcaklığına ulaşmak için tüketilen enerji miktarı karşılaştırıldığında, referans duruma göre en yüksek iyileştirme Al2O3-Su nanoakışkanı ile %57 olarak hesaplanmıştır. Yüklü koşullarda, 18 °C ortam sıcaklığında Al2O3-Su nanoakışkanı kullanıldığında enerji tüketiminde en yüksek iyileşme %50 olarak elde edilmiştir. Referans duruma göre tüm nanoakışkan kullanım durumlarında enerji tasarrufu sağlandığı gözlenmiştir. Nanoakışkan kullanıldığı durumlarda soğutucu kabin sıcaklığının su ile soğutmaya göre aynı sürelerde daha düşük sıcaklıklara düştüğü, yani daha az enerji tükettiği gözlenmiştir. Bu nedenle bu çalışma enerji kaynaklarının verimli kullanılması açısından önemlidir