Termoelektrik ısı pompalı prematüre bebek kuvözü tasarımı, geliştirilmesi ve termal-hidrolik karakteristiklerinin belirlenmesi
Design, development and determination of thermal-hydraulic characteristics of premature baby incubator having thermoelectric heat pump
- Tez No: 648712
- Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET FEVZİ KÖSEOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Pamukkale Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışma, rezistanslı bebek kuvözlerinde yaşanan eksiklikleri ve problemleri ortadan kaldırabilen ve aynı zamanda tek bir cihazla kabini ısıtma ve soğutma yaparak prematüre bebeklerde yaşanan hipertermi (vücut sıcaklığı>37,5 °C) ve hipotermi (vücut sıcaklığı<36 °C) problemlerine aynı cihaz üzerinde çözüm üretebilen modüler termoelektrik ısı pompası sisteminin prematüre bebek kuvözlerine uygulanmasıyla ilgilidir. Önerilen sistemin geliştirilmesinden önce rezistanslı kuvöz sisteminin tasarım parametreleri belirlenmiştir. Literatürden faydalınarak kuvöz sisteminin bütün kritik alt parçalarının ve termoelektrik ısı pompası sisteminin matematiksel ifadeleri belirlenmiş ve termoelektrikli kuvöz sisteminin matematiksel modellemesi yapılmıştır. Bununla birlikte çalışmada, rezistanslı kuvözün tasarımı değiştirilmeden, elektrik rezistansı ve kontrol ünitesi çıkartılarak elde edilen sabit hacim için maksimum ısıtma gücü yakınlarındaki maksimum COPısıtma'ya (ısıtma performans katsayısı) göre sınırlı optimizasyon yapılmış ve termoelektrikli kuvöz sistemin bütün boyutları belirlenmiştir. Belirlenen optimum boyutlara göre termoelektrik ısı pompası sistemi üretilerek geliştirilmiştir. Geliştirilen sistemin otomatik kontrolü için MATLAB®-Simulink yazılımı kullanılarak kuvözün transfer fonksiyonları elde edilmiş ve sistemin hava sıcaklığı ölçüm modunda PID (oransal+integral+türevsel kontrolör) ile kontrolü için gerekli sabit PID katsayıları (KP, KI ve KD) hassas olarak belirlenmiştir. Geliştirilen sistemin ticari rezistanslı kuvözle, dinamik davranışları, termal ve hidrolik karakteristikleri çalışma kapsamında kurulan bir test düzeneğinde, 30-38 ºC aralığında farklı kabin hava sıcaklıklarında yapılan deneylerle detaylı bir şekilde karşılaştırılmıştır. Çalışma sonucunda ısıtmayı ve soğutmayı aynı cihaz üzerinde yapabilen termoelektrikli kuvöz sistemi geliştirilerek hipertermi ve hipotermi problemleri tek bir cihazla ortadan kaldırılabilmektedir. Geliştirilen sistem, rezistanslı sisteme (±0,1 ºC) göre, kabin hava sıcaklığını 0,05 ºC hassasiyetle ve daha homojen bir şekilde kontrol edebilmektedir. Kuvözler, genellikle ısıtma durumunda kullanıldığı için termoelektrikli sistemin COPısıtma değeri her zaman rezistanslı sistemden daha büyüktür. Ancak alternatif akımın doğru akıma dönüştürülmesindeki kayıplar ve termoelektrik soğutucu modüllerin PWM'le (sinyal genişlik modülasyonu) kontrol edilmesi, geliştirilen sistemin elektrik enerji harcamasını olumsuz etkilemektedir. Ayrıca geliştirilen sistemin soğutma modu sayesinde sistemin, çevre sıcaklığının yüksek olduğu ortamlarda ve transport kuvözlerinde çalışabileceği gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
This study is about the application of modular thermoelectric heat pump system which can eliminate the deficiencies and problems experienced in resistance baby incubators, and also generate a solution of hyperthermia (body temperature>37.5 °C) and hypothermia (body temperature<36 °C) problems experienced in premature babies on the same device by heating and cooling the hood with a single device. Before the proposed system is developed, the design parameters of a resistance incubator system have been determined. Using the literature, mathematical expressions of all critical sub-parts of the incubator system and the thermoelectric heat pump system were determined, and modeling of the thermoelectric incubator system was created. Besides, in this study, depending on the fixed volume obtained by removing the electrical resistance and control unit without changing the design of the resistance incubator, limited optimization was performed according to the maximum COPheating (coefficient of performance for heating) near the maximum heating power, and all dimensions of the thermoelectric incubator were determined. Based on the optimum dimensions, the thermoelectric heat pump system was manufactured and developed. For the automatic control of the improved system with PID (proportional+integral+derivative controller), the transfer functions of the incubator were obtained using MATLAB®-Simulink software, and the necessary PID coefficients (KP, KI and KD) for the control of the system in the air temperature measurement mode were determined precisely. The dynamic behaviors, thermal and hydraulic characteristics of the thermoelectric and the commercial resistance incubators were compared in detail with experiments conducted at different hood temperatures in the range of 30-38 ºC in a test setup established within the scope of the study. As a result, the thermoelectric incubator system, which can heat and cool on the same device, was developed, and hyperthermia and hypothermia problems were eliminated with a single device. The improved system can control the hood temperature with a sensitivity of 0.05 ºC and more homogeneously than the resistance system (±0.1 ºC). Since infant incubators are generally used in heating mode, COPheating value of the thermoelectric system is always higher than the resistance system. However, losses in the conversion of alternating current to direct current and the control of thermoelectric cooler modules with PWM (pulse width modulation) negatively affect the electricity energy consumption of the improved system. Besides, thanks to the cooling mode of the improved system, it was shown that it can operate in environments with high ambient temperatures and transport incubators.
Benzer Tezler
- Thermoelectric cooling of a pulsed mode 1064 nm diode pumped Nd: Yag laser
Termoelektrik soğutucularla darbeli, 1064 nm diyot pompalı bir Nd: Yag lazerin soğutulması
YÜKSEL YÜKSEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2010
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. RÜKNETTİN OSKAY
YRD. DOÇ. DR. TUBA OKUTUCU
- Kapalı çevrimli kurutma sürecinde iki kademeli termoelektrik sistemin performans analizi
Performance analysis of a two-stage thermoelectric system in a closed-loop drying process
MUHAMMET HARUN OSTA
Doktora
Türkçe
2025
Makine MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KENAN YAKUT
- Termoelektrik soğutucuların performansına doğrudan temaslı ısı değiştiricilerin etkilerinin deneysel incelenmesi
Experimental examination of direct contact heat exchangers effects on the thermoelectric coolers
MURAT FERHAT DOĞDU
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HACI OSMAN ALTUĞ ŞİŞMAN
- Sulama sistemleri için termoelektrik güneş pompası
Thermoelectric solar pump for irrigation system
MEHMET TERZİOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Mekatronik MühendisliğiGaziosmanpaşa ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ABDULLAH HAKAN YAVUZ
- Termoelektrik modülün iki yönlü kullanıldığı fotovoltaik sistemlerin modellenmesi
Modeling of photovoltaic systems with bidirectional use of thermoelectric module
UĞUR YILMAZ
Doktora
Türkçe
2025
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSakarya ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ TÜRKER FEDAİ ÇAVUŞ
PROF. DR. YAŞAR İSLAMOĞLU