Active Thermoelectric Cooling Solutions for Airspace Applications: the THERMICOOL Project

Karampasis, Emmanuel; Papanikolaou, Nick; Voglitsis, Dionisis; Loupis, Michael; Ψαρράς, Αναστάσιος; Boubaris, Alexandros; Baros, Dimitris; Dimitrakopoulos, Giorgos

doi:10.1109/access.2017.2672818

Cited by 13 publications

(9 citation statements)

References 31 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…With regard to the electrical losses of the power supply circuit and the machine itself [23], all technical and operational parameters of the trolleybus were taken into account [1]. In addition, the switching losses of the device are estimated as a percentage of the machine rated output power and modeled as a variable current source, depending on the system electromagnetic torque.…”

Section: Electrical Modeling Of the Trolleybusmentioning

confidence: 99%

Energy Saving Estimation of Athens Trolleybuses Considering Regenerative Braking and Improved Control Scheme

Apostolidou

Papanikolaou

2018

Resources

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

Abstract:In this work, the electromechanical system of the 8000-series of Athens trolleybuses, based on data provided by OSY S.A., is analyzed. Those data were used to develop a valid model in order to estimate the total energy consumption of the vehicle under any possible operating conditions. In addition, an effort is made to estimate the energy saving potential if the wasted energy-in the form of heat-during braking or downhill courses is recovered (regenerative braking) and retrofitted during normal operation. This process requires the installation of appropriate electrical apparatus to recover and temporarily store this energy amount. Moreover, due to the fact that the main engine of the system is an asynchronous electric machine, its driving scheme is also of interest. This study assumes the current driving scheme, that is the direct vector control (DVC), and proposes an alternative control method, the direct torque control (DTC). Energy consumption/saving calculations highlight the effectiveness of incorporating regenerative braking infrastructure in trolleybuses transportation systems. Finally, a sustainable hybrid energy storage unit that supports regenerative braking is proposed.

show abstract

Section: Electrical Modeling Of the Trolleybusmentioning

confidence: 99%

Energy Saving Estimation of Athens Trolleybuses Considering Regenerative Braking and Improved Control Scheme

Apostolidou

Papanikolaou

2018

Resources

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…A coefficient of performance (C O P) greater than 1 can be achieved for heating which is not possible for resistive Joule heaters. Thermoelectrics offer high cooling power density and can be designed for very high cooling C O P. 3 In addition to high C O P, power consumption can be reduced since the devices can be used for site specific or zonal thermal management rather than cooling an entire enclosure. Thermoelectrics use no harmful refrigerants.…”

mentioning

confidence: 99%

Peltier Supercooling with Isosceles Current Pulses: Cooling an Object with Internal Heat Generation

Piggott

Allen

2017

ECS J. Solid State Sci. Technol.

View full text Add to dashboard Cite

Applying a current pulse enables a short-term transitory state where the cold junction of a Peltier couple reaches temperatures below that obtainable via maximum temperature delta steady-state current. Short-term cooling applications like on-chip hot spot and pulsed laser sensor cooling have been studied using pulsed cooling. Some studies have proposed applications that utilize consecutive repeating pulses for longer term cooling applications. These studies have found or theorized increased cooling and coefficient of performance (C O P). Considering these studies, it is desirable to have a more detailed analysis of how the additional cooling and C O P are achieved. The objective herein is to provide a detailed analysis of cooling rate and C O P during pulses using a realistically modeled system simulated in SPICE. It was found that cooling rate for long term consecutive pulse cooling applications can be increased over steady-state but C O P in most cases is reduced during current pulses. The reasons why this happens are studied in depth.

show abstract

“…Εκτός αυτού, στη βιβλιογραφία αναφέρεται επίσης η ποσότητα α 2 σ ως παράγοντας ισχύος (power factor) και ο συντελεστής απόδοσης (coefficient of performance-CoP) που χρησιμοποιείται σε εφαρμογές ψύξης και ορίζεται ως ο λόγος της ισχύος ψύξης προς την ηλεκτρική ισχύ εισόδου [140]. O COP υπολογίζεται από τη σχέση (6.1) [141] και αποτελεί κατά κάποιο τρόπο ένα μέτρο για τον προσδιορισμό της αποδοτικότητας των συστημάτων θερμοηλεκτρικής ψύξης.…”

Section: θερμοηλεκτρικά φαινόμενα και υλικά -ιστορική αναδρομήunclassified

“…Μια γενική εξέλιξη των θερμοηλεκτρικών υλικών αποτυπώνεται στο Σχήμα 6.3, από το οποίο φαίνεται ότι για την κατασκευή τους χρησιμοποιούνται διάφορα κράματα [141], [145], [155].…”

Section: λειτουργία σε σημείο διαφορετικό του Mppunclassified

“…Η επιλογή του κατάλληλου θερμοστοιχείου πραγματοποιείται λαμβάνοντας υπόψιν κάποια ή όλα τα προαναφερθέντα κριτήρια, καθώς και τα επιθυμητά ηλεκτρικά χαρακτηριστικά (λειτουργία ως TEG), το CoP (λειτουργία ως ΤΕC), το μέγεθος, τη διαθεσιμότητα στην αγορά κτλ. Σε γενικές γραμμές πάντως, μέχρι τώρα επικρατούν τα κράματα βισμουθίου-τελλουρίου [141], [153]- [155], καθώς είναι τα πιο ώριμα από κατασκευαστικής άποψης και διαθέτουν υψηλά ΖΤ. παρουσία θερμοκρασιακής ανισοκατανομής, υφίσταται το φαινόμενο Peltier που εξαναγκάζει κάποια θερμοστοιχεία να λειτουργούν ως μέσο ψύξης ή θέρμανσης, αναλόγως τη θέση τους μέσα στη συστοιχία.…”

Section: λειτουργία σε σημείο διαφορετικό του Mppunclassified

See 1 more Smart Citation

Διερεύνηση Λειτουργίας Μετατροπέων Μείωσης Της Περιττής Επεξεργάσιμης Ισχύος (R2P2) Για Εξοικονόμηση Ενέργειας Σε Μέσα Μεταφοράς

Ζωγόγιαννη-Βέκιτς¹

View full text Add to dashboard Cite

Λόγω της μείωσης των ενεργειακών πόρων από ορυκτά καύσιμα, αναζητούνται συνεχώς μέθοδοι εξοικονόμησης ενέργειας για τα μέσα μεταφοράς. Ειδικότερα, στα πλωτά μέσα, η ανάγκη για εξοικονόμηση είναι επιτακτική, λόγω της βραδείας εξέλιξης του πλήρους εξηλεκτρισμού τους και της υποχρεωτικής συμμόρφωσης σε κανονισμούς που αφορούν τη μείωση των εκπομπών ρύπων. Μία από τις μεθόδους εξοικονόμησης αποτελεί ένα σύστημα ανάκτησης της θερμικής ενέργειας των καυσαερίων (waste heat recovery system -WHRS) και της μετατροπής της σε ηλεκτρική με τη χρήση θερμοηλεκτρικών μονάδων (thermoelectric generators- TEGs). Η παραγόμενη ισχύς μπορεί να διοχετευθεί στο σύστημα παροχής του πλοίου, αυξάνοντας το βαθμό απόδοσής του και μειώνοντας το περιβαλλοντικό του αποτύπωμα.Βασικός σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η μελέτη ενός τέτοιου συστήματος. Πιο συγκεκριμένα, αναζητούνται οι κατάλληλοι ηλεκτρονικοί μετατροπείς ισχύος τύπου ανύψωσης τάσης προκειμένου να προσαρμοστεί το επίπεδο τάσης των TEGs στο επίπεδο τάσης του ζυγού διασύνδεσης, δεδομένου ότι οι TEGs παράγουν σχετικά χαμηλή τάση. Για το σκοπό αυτό, μελετάται μια οικογένεια μετατροπέων που σχηματίζονται βάσει της λογικής της μείωσης της περιττής επεξεργάσιμης ισχύος (reduced redundant power processing- R2P2). Επιπρόσθετα, αναζητείται και μία κατάλληλη στρατηγική ελέγχου προκειμένου να ρυθμίζεται η διοχέτευση της παραγόμενης ισχύος από τις TEGs στο δίκτυο του πλοίου.Αρχικά, διερευνώνται διάφορες περιπτώσεις συνδέσεων και διαμορφώσεων των επιμέρους μετατροπέων που αποτελούν τους μη-απομονωμένους μετατροπείς R2P2. Συνεπώς, η διερεύνηση αφορά μετατροπείς R2P2, οι οποίοι συμπεριλαμβάνουν ως εσωτερικούς μετατροπείς χωρίς απομόνωση τις τρεις κλασσικές τοπολογίες μετατροπέων συνεχούς τάσης σε συνεχή τάση, δηλαδή τους μετατροπείς Buck, Boost και Buck-Boost. Με βάση αυτές τις περιπτώσεις, προτείνεται ένα σύνολο κανόνων για την εύρεση όλων των υλοποιήσιμων/εφικτών τοπολογιών.Σε επόμενο βήμα, εξάγονται θεωρητικές σχέσεις του κέρδους τάσης και της απόδοσης των υλοποιήσιμων διαμορφώσεων/τοπολογιών R2P2, με βάση τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά (κέρδος τάσης και απόδοση) των επιμέρους μετατροπέων που τις αποτελούν. Οι σχέσεις αυτές ισχύουν για όλες τις περιοχές λειτουργίας ενός μετατροπέα R2P2. Επιπλέον, μέσω αυτών των σχέσεων, οι τοπολογίες R2P2 είναι δυνατόν να συγκριθούν ως προς το λόγο ανύψωσης τάσης και το βαθμό απόδοσής τους, ώστε να επιλέγεται κάθε φορά ο συνδυασμός (ή οι συνδυασμοί) που είναι κατάλληλοι για μια δεδομένη εφαρμογή.Κατόπιν, αναδεικνύεται η ύπαρξη τεσσάρων περιοχών λειτουργίας στην οικογένεια των μετατροπέων R2P2. Αναλύεται η λειτουργία του μετατροπέα R2P2 I-IIA Buck-Boost+/Boost-, ο οποίος εμφανίζει ένα από τα υψηλότερα κέρδη τάσης μεταξύ όλων των διαμορφώσεων R2P2. Εξάγονται θεωρητικές σχέσεις και για τις τέσσερεις περιοχές λειτουργίας του, με βάση τις εξισώσεις που διέπουν τη λειτουργία των επιμέρους μετατροπέων που τον αποτελούν. Με αυτόν τον τρόπο, αποδεικνύεται ότι οι γενικές σχέσεις που εξάγονται για μια τοπολογία R2P2 ισχύουν για όλες τις περιοχές λειτουργίας της. Η ανάλυση αυτή μπορεί να επεκταθεί σε όλους τους μετατροπείς R2P2. Επιπρόσθετα, αποδεικνύεται ότι ο μετατροπέας R2P2 I-IIA Buck-Boost + / Boost-, παρά το υψηλό κέρδος τάσης του, εντούτοις παρουσιάζει χαμηλή απόδοση, συνεπώς κρίνεται τελικά ακατάλληλος για εφαρμογές υψηλού λόγου ανύψωσης τάσης και υψηλής ισχύος. Κατόπιν, εξετάζεται η δυνατότητα βελτιστοποίησης της απόδοσης των τοπολογιών R2P2.Αφού αναπτυχθεί ένα μοντέλο απωλειών για τους επιμέρους μετατροπείς, εφαρμόζεται ένας αλγόριθμος βελτιστοποίησης, ώστε να ευρεθεί ο συνδυασμός των λόγων ανύψωσης τάσης των επιμέρους μετατροπέων μέσω του οποίου επιτυγχάνεται η βέλτιστη απόδοση. Η μεθοδολογία αυτή εφαρμόζεται στο μετατροπέα R2P2 I-IIB Buck-Boost+/Boost+ (χωρίς να μειώνεται η γενικότητά της), ο οποίος χαρακτηρίζεται από το βέλτιστο συνδυασμό υψηλού λόγου ανύψωσης τάσης και υψηλής απόδοσης και συνεπώς κρίνεται ο καταλληλότερος για το προτεινόμενο WHRS. Έπειτα, διερευνάται η επίδραση της μη ιδανικότητας των στοιχείων στο κέρδoς τάσης των μετατροπέων R2P2. Η ανάλυση αυτή διεξάγεται για το μετατροπέα R2P2 I-IIB Buck-Boost+/Boost+ για ιδανικά και μη ιδανικά στοιχεία, εξάγοντας αναλυτικές σχέσεις του κέρδους τάσης του και για τις δύο περιοχές λειτουργίας του.Τέλος, προτείνεται, αναλύεται, και προσομοιώνεται ένα σύστημα εξοικονόμησης ενέργειας για εφαρμογή σε πλοίο με DC ζυγό. Το προτεινόμενο σύστημα περιλαμβάνει θερμοηλεκτρικές γεννήτριες και τον επιλεγμένο μετατροπέα R2P2 I-IIB Buck-Boost+/Boost+ και διερευνάται η συμπεριφορά του υπό διάφορες συνθήκες λειτουργίας. Στα πλαίσια αυτού του συστήματος,προτείνεται ένας αλγόριθμος προσδιορισμού της ισχύος που απομαστεύεται από τις θερμοηλεκτρικές γεννήτριες. Ο αλγόριθμος αυτός καλύπτει τόσο την περίπτωση μέγιστης απομάστευσης ισχύος, όσο και τη λειτουργία αυτών σε σημείο διάφορο του μεγίστου, ώστε η παραγωγή ενέργειας να ανταποκρίνεται πλήρως κάθε φορά στις απαιτήσεις των εκάστοτε φορτίων που είναι συνδεμένα στο DC ζυγό ενός μέσου μεταφοράς. Η προτεινόμενη στρατηγική ελέγχου μπορεί να επεκταθεί και σε AC συστήματα με ικανότητα αδιάλειπτης παροχής ενέργειας κατά τη διάρκεια βύθισης τάσης του δικτύου (fault ride through capability), όπου απαιτείται ταυτόχρονος έλεγχος της ενεργού και αέργου ισχύος.

show abstract

Active Thermoelectric Cooling Solutions for Airspace Applications: the THERMICOOL Project

Cited by 13 publications

References 31 publications

Energy Saving Estimation of Athens Trolleybuses Considering Regenerative Braking and Improved Control Scheme

Energy Saving Estimation of Athens Trolleybuses Considering Regenerative Braking and Improved Control Scheme

Peltier Supercooling with Isosceles Current Pulses: Cooling an Object with Internal Heat Generation

Διερεύνηση Λειτουργίας Μετατροπέων Μείωσης Της Περιττής Επεξεργάσιμης Ισχύος (R2P2) Για Εξοικονόμηση Ενέργειας Σε Μέσα Μεταφοράς

Contact Info

Product

Resources

About