DEĞİŞİK GAZ SOĞUTUCU ÇIKIŞ SICAKLIKLARI VE BASINÇLARI İÇİN BİR CO 2 SOĞUTKANLI MOBİL KLİMANIN PERFORMANSININ İNCELENMESİ



Benzer belgeler
CO 2 SOĞUTKANLI SICAK SU ISI POMPALARININ PERFORMANS ANALİZİ

KRİTİK NOKTA ÜSTÜ ÇEVRİMLİ CO 2 SOĞUTMA SİSTEMLERİNDE OPTİMUM GAZ SOĞUTUCU BASINCI: YENİ BİR KORELÂSYON

CO 2 SOĞUTKANLI TRANSKRİTİK SOĞUTMA ÇEVRİMLERİNDE OPTİMUM GAZ SOĞUTUCU BASINCI VE LİTERATÜRDEKİ OPTİMUM BASINÇ DENKLEMLERİNİN KARŞILAŞTIRILMASI

AYNI SOĞUTMA YÜKÜ İÇİN CO 2 Lİ ISI POMPALARININ ENERJİ SARFİYATLARININ KARŞILAŞTIRILMASI

Soğutkanlı Transkritik Soğutma Çevrimlerinde Optimum Gaz Soğutucu Basıncı Ve Literatürdeki Optimum Basınç Denklemlerinin Karşılaştırılması CO 2

Özay AKDEMİR *, Ali GÜNGÖR ** Ege Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi Makina Mühendisliği Bölümü Bornova, İzmir

HFC-134a ve ALTERNATİFİ SOĞUTKANLARIN (HFO-1234yf ve HFO-1234ze) SOĞUTMA ÇEVRİMİ PERFORMANSI AÇISINDAN KARŞILAŞTIRMASI

Đki Kademeli Kritik Nokta Üstü CO 2 Çevrimli Soğutma Sistemlerinde Optimum Ara Kademe Basıncının Đncelenmesi

TOPRAK KAYNAKLI ISI POMPALARINDA CO 2 KULLANIMI

Abs tract: Key Words: Hilmi Cenk BAYRAKÇI Arif Emre ÖZGÜR

THE EFFECT OF REFRIGERANT OUTLET TEMPERATURE FOR EXERGY EFFICIENCY OF HEAT PUMPS USING CO 2

Akışkanlı Isı Pompası Sistemlerinin Mahal Isıtma Amaçlı Kullanımı

Co 2 Soğutucu Akışkanlı Isı Pompasının Soğutma ve Isıtma Karakteristiklerinin İncelenmesi

EJEKTÖRLÜ TRANSKRĠTĠK CO 2 SOĞUTMA SĠSTEMĠNĠN ENERJĠ VE EKSERJĠ ANALĠZĠ

Düşük küresel ısınma potansiyeline sahip hfo-1234ze akışkanın termodinamik analizi

SOĞUTMA ÇEVRİMLERİ 1

Şekil 2.1 İki kademeli soğutma sistemine ait şematik diyagram

Buhar Sıkıştırmalı Ejektörlü Soğutma Sisteminde Yoğuşturucu ve Buharlaştırıcı Boyutlarının Belirlenmesi

36 SOĞUTUCU AKIŞKANININ SOĞUTMA UYGULAMALARINDA PERFORMANS İNCELEMESİ

Buhar çevrimlerinde akışkan olarak ucuzluğu, her yerde kolaylıkla bulunabilmesi ve buharlaşma entalpisinin yüksek olması nedeniyle su alınmaktadır.

R-712 SOĞUTMA LABORATUAR ÜNİTESİ DENEY FÖYLERİ

TOPRAK KAYNAKLI BİR ISI POMPASININ FARKLI SOĞUTUCU AKIŞKANLAR İÇİN TERMODİNAMİK ANALİZİ

Kaskad Soğutma Sisteminin Termodinamik Analizi ve Performans Değerlendirmesi

AZEOTROPİK VE YAKIN AZEOTROPİK SOĞUTUCU AKIŞKAN KARIŞIMLARININ KARŞILAŞTIRILMASI

HR. Ü. Müh. Fak. Makina Mühendisliği Bölümü Termodinamik II Final Sınavı (22/05/2017) Adı ve Soyadı: No: İmza:

Dış Ortam Sıcaklığının Soğutma Durumunda Çalışan Isı Pompası Performansına Etkisinin Deneysel Olarak İncelenmesi

İÇ ISI DEĞİŞTİRİCİLİ İKİ KADEMELİ ARA SOĞUTMALI BİR TRANSKRİTİK SOĞUTMA ÇEVRİMİNİN TERMODİNAMİK ANALİZİ

BUHAR SIKIŞTIRMALI SOĞUTMA ÇEVRİMİNDE R410A VE R32 SOĞUTUCU AKIŞKANLARININ TERMODİNAMİK ANALİZİ

R-410A SOĞUTKANLI SOĞUTMA SİSTEMLERİNDE DİKEY EMİŞ BORUSU ÇAPININ BELİRLENMESİ

HAVA SOĞUTMALI BİR SOĞUTMA GURUBUNDA SOĞUTMA KAPASİTESİ VE ETKİNLİĞİNİN DIŞ SICAKLIKLARLA DEĞİŞİMİ

ÇİFT KADEMELİ SOĞUTMA ÇEVRİMLERİNDE ENERJİ VERİMLİLİĞİ

HR. Ü. Müh. Fak. Makina Mühendisliği Bölümü Termodinamik II Final Sınavı (15/06/2015) Adı ve Soyadı: No: İmza:

NOT: Toplam 5 soru çözünüz, sınav süresi 90 dakikadır. SORULAR VE ÇÖZÜMLER

SORULAR VE ÇÖZÜMLER. Adı- Soyadı : Fakülte No :

ISI POMPASI DENEY FÖYÜ

Tesisat Mühendisliği Dergisi Sayı: 89, s , I. Necmi KAPTAN* E. Fuad KENT** Taner DERBENTLİ***

T.C. GAZİ ÜNİVERSİTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

BUHAR SIKIŞTIRMALI SOĞUTMA SİSTEMLERİ İÇİN SOĞUTUCU AKIŞKAN SEÇİMİ

SOĞUTMA SİSTEMLERİ VE ÇALIŞMA İLKELERİ (Devamı)

Çift buharlaştırıcılı ve ejektörlü bir soğutma sisteminin termodinamik analizi

ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ENERJİ LABORATUARI

Soğutma Sistemlerinde ve Isı Pompalarında Kullanılan Soğutucu Akışkanların Performanslarının Karşılaştırmalı Olarak Đncelenmesi

TERMODİNAMİK II BUHARLI GÜÇ ÇEVRİMLERİ. Dr. Nezaket PARLAK. Sakarya Üniversitesi Makine Müh. Böl. D Esentepe Kampüsü Serdivan-SAKARYA

Havalandırma Cihazlarında Isı Geri Kazanım ve Toplam Enerji Verimliliğinin Simülasyonu

BAŞKENT ÜNİVERSİTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAK 402 MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI DENEY - 5 PSİKROMETRİK İŞLEMLERDE ENERJİ VE KÜTLE DENGESİ

R1234YF SOĞUTUCU AKIŞKANININ FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ İÇİN BASİT EŞİTLİKLER ÖZET ABSTRACT

NOT: Toplam 5 soru çözünüz, sınav süresi 90 dakikadır. SORULAR VE ÇÖZÜMLER

Geliştirilmiş Inverter Teknolojisi ile Hızlı Isıtma ve Soğutma. Arçelik VRS4 Klima Sistemleri Enerji Verimliliği İle Fark Yaratıyor

Experimental Investigation of Performance of R134a/R152a Refrigerant Mixture in Heat Pump

NOT: Toplam 5 soru çözünüz, sınav süresi 90 dakikadır. SORULAR VE ÇÖZÜMLER

Journal of ETA Maritime Science

Yarı Hermetik Pistonlu Kompresörün Soğutma Performansının Farklı Soğutucu Akışkanlar İle Ekserji Analizi

ISI POMPASI DENEY FÖYÜ

1, 2, 3 ve 4 hallerindeki entalpi değerlen soğutucu akışkan-12 tablolarından elde edilebilir

FARKLI SOĞUTUCU AKIŞKANLAR İÇİN GENLEŞTİRİCİ OLARAK EJEKTÖR KULLANAN KOMPRESÖRLÜ SOĞUTUCUNUN PERFORMANS ANALİZİ

SOĞUTUCU AKIŞKANIN ÖZELLİKLERİ

Makale. ile ihtiyacın eşitlendiği kapasite modülasyon yöntemleri ile ilgili çeşitli çalışmalar gerçekleştirilmiştir

Balıkçı Gemisi Soğutma Sisteminin Birinci Yasa Analizleri

CO 2 İLE ÇALIŞAN TRANSKRİTİK SOĞUTMA ÇEVRİMİNİN DENEYSEL İNCELENMESİ

İÇİNDEKİLER / CONTENTS

Doç. Dr. Serhan Küçüka Dokuz Eylül Üniversitesi Makina Mühendisliği Bölümü

YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

SLA SUCTION LINE ACCUMULATORS EMİŞ HATTI AKÜMÜLATÖRLERİ.

SLA.33b SUCTION LINE ACCUMULATORS

SCROLL VE PİSTONLU TİP SOĞUTMA KOMPRESÖRLERİNİN KAPASİTE VE VERİMLERİNİN ÇALIŞMA ŞARTLARI İLE DEĞİŞİMİ

Invastigate of Theoretical Ejector Cooling System

Farklı akışkanlarda değişken soğutucu akışkan debili (vrf) sistemin ekserji ve termoekonomik analizlerinin karşılaştırılması

BUHARLI VE BİRLEŞİK GÜÇ ÇEVRİMLERİ

Abs tract: Key Words: Kadir BİLEN Ahmet Tahir KALKIŞIM İsmail SOLMUŞ Hüseyin BULGURCU Hakan YALDIRAK

OTOMOBİL KLİMA SİSTEMİNDE R1234YF SOĞUTUCU AKIŞKANI KULLANIMININ DENEYSEL İNCELENMESİ

Bilgisayar uygulamalarının yaygınlaştığı gü - 2. SOĞUTUCU AKIŞKANLARIN T

TROPİKAL İKLİM BÖLGELERİ İÇİN UYGUN SOĞUTUCU AKIŞKAN SEÇİMİ TROPİKAL İKLİM BÖLGELERİ İÇİN UYGUN SOĞUTUCU AKIŞKAN SEÇİMİ

Sigma 2006/2 Araştırma Makalesi / Research Article THERMODYNAMIC OPTIMIZATION OF COMBINED CYCLE SYSTEM WITH GAS TURBINE

KMB405 Kimya Mühendisliği Laboratuvarı II. Isı Pompası Deneyi. Bursa Teknik Üniversitesi DBMMF Kimya Mühendisliği Bölümü 1

Buhar sıkıştırmalı bir soğutma sisteminde R22 yerine N20 ve R444B soğutucu akışkanlarını kullanmanın termodinamik performansa etkisi

TERMODİNAMİK SINAV HAZIRLIK SORULARI BÖLÜM 4

TROPİKAL İKLİM BÖLGELERİ İÇİN UYGUN SOĞUTUCU AKIŞKAN SEÇİMİ KADEMELİ SOĞUTMA SİSTEMLERİNDE BELİRLİ SOĞUTUCU AKIŞKANLAR İÇİN İKİNCİ KANUN ANALİZİ

HAVA-HAVA ISI POMPASININ TEORİK VE DENEYSEL İNCELENMESİ

FARKLI SOĞUTUCU AKIŞKANLAR İÇİN TOPRAK KAYNAKLI ISI POMPASININ TERMODİNAMİK VE TERMOEKONOMİK ANALİZİ

GEMĐLERDE KULLANILAN VAKUM EVAPORATÖRLERĐNDE OPTĐMUM ISI TRANSFER ALANININ BELĐRLENMESĐ

Üç Evaporatörlü Biṙ Soğutma

Organik Rankine Çevrimi (ORC) ile Birlikte Çalışan Buhar Sıkıştırmalı Bir Soğutma Çevriminin Ekserji Analizi

Bölüm 5 KONTROL HACİMLERİ İÇİN KÜTLE VE ENERJİ ÇÖZÜMLEMESİ. Bölüm 5: Kontrol Hacimleri için Kütle ve Enerji Çözümlemesi

İKLİMLENDİRME DENEYİ FÖYÜ

Abs tract: Key Words: Emirhan BAYIR Öğr. Görv. Serhan KÜÇÜKA

SOĞUK DEPOLAR İÇİN R-404A ALTERNATİF SOĞUTUCU AKIŞKANLI BUHAR ŞIKIŞTIRMALI SOĞUTMA SİSTEM ELEMAN KAPASİTELERİNİN BİLGİSAYAR PROGRAMIYLA BELİRLENMESİ

2. Teori Hesaplamalarla ilgili prensipler ve kanunlar Isı Transfer ve Termodinamik derslerinde verilmiştir. İlgili konular gözden geçirilmelidir.

Enervis H o ş g e l d i n i z Ocak 2015

Araç Klimalarında Kullanılan Soğutucu Akışkanlara Bağlı Ekserji Verimliliklerinin ve Çevresel Etkilerinin İncelenmesi

Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi

ORGANİK RANKİNE ÇEVRİMİ İLE ÇALIŞAN ATIK ISI KAYNAKLI BİR SOĞUTMA SİSTEMİNİN PERFORMANSININ ARAŞTIRILMASI

Soğutma Teknolojisi Bahar Y.Y. Prof. Dr. Ayla Soyer

ĠKLĠMLENDĠRME DENEYĠ

İklimlendirme Sistemlerinde Dış Hava Sıcaklığının Soğutucu Serpantin Kapasitesine ve Ekserji Kaybına Etkisinin Deneysel Olarak İncelenmesi

Abs tract: Key Words: Meral ÖZEL Serhat ŞENGÜR

YAYINIMLI SOĞURMALI SOĞUTMA SİSTEMİNİN DENEYSEL İNCELENMESİ VE SOĞUTMA VERİMİ ANALİZİ

T. C. GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK VE DOĞA BİLİMLERİ FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ DENEYLER 2 SOĞUTMA DENEYİ

T.C. YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

KONDENSER SERPANTİNİ VE EVAPORATÖR FİLTRELERİNDEKİ TIKANIKLIĞIN DUVAR TİPİ SPLİT KLİMA PERFORMANSI ÜZERİNDEKİ ETKİLERİ

3. Versiyon Kitapta 5. Bölüm, 7. Versiyon Kitapta 6. Bölüm, soruları

Transkript:

Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. J. Fac. Eng. Arch. Gazi Univ. Cilt 2, No 1, 181-185, 2008 Vol 2, No 1, 181-185, 2008 DEĞİŞİK GAZ SOĞUTUCU ÇIKIŞ SICAKLIKLARI VE BASINÇLARI İÇİN BİR CO 2 SOĞUTKANLI MOBİL KLİMANIN PERFORMANSININ İNCELENMESİ Arif Emre ÖZGÜR Makine Eğitimi Bölümü, Teknik Eğitim Fakültesi, Süleyman Demirel Üniversitesi, 2260, Isparta ozgurae@tef.sdu.edu.tr (Geliş/Received: 22.0.2007; Kabul/Accepted: 09.11.2007) ÖZET Küresel ısınma gerçeği nedeniyle, mobil iklimlendirme sistemleri için CO 2 (R-7) alternatif bir soğutkan olarak kullanılabilmektedir. Bu çalışmada, CO 2 in soğutkan olarak kullanıldığı bir mobil iklimlendirme sisteminin soğutma etkinlik katsayısı ve sistem kompresörü için gerekli enerji gereksinimi değerlerinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu incelemede, gaz soğutucu basıncı ve soğutkanın gaz soğutucudan çıkış sıcaklığı değerleri değişken olarak alınmıştır. CO 2 in buharlaşma sıcaklığı +5 o C, iç ısı değiştiricideki kızdırma değeri 10 o C olarak alınmıştır. Kompresörün izentropik verim değeri 0.7 olarak alınmıştır. Sistem elemanları içindeki basınç kayıpları ihmal edilmiştir. Bu değerler ile oluşturulan matematiksel modelin çözümü ve soğutkanın özellikleri, bir bilgisayar programı yardımıyla elde edilmiştir. Sistemden elde edilen soğutma tesir katsayısı (STK) değerlerinin, gaz soğutucu basıncı ve soğutkanın gaz soğutucudan çıkış sıcaklığına göre bir maksimum değere ulaştığı görülmüştür. Gaz soğutucu basıncının yükselmesi, STK değerlerinin soğutkanın gaz soğutucudan çıkış sıcaklığı ile daha az değişim göstermesini sağlamıştır. Sonuçlar grafikler yardımıyla sunulmuştur. Anahtar Kelimeler: CO 2, mobil iklimlendirme, gaz soğutucu, performans, alternatif soğutkan. THE PERFORMANCE ANALYSIS OF CO 2 MOBILE AIR CONDITIONING SYSTEM WITH VARIOUS GAS COOLER PRESSURE AND OUTLET TEMPERATURE OF CO 2 FROM THE GAS COOLER ABSTRACT Because of global warming reality, CO 2 (R-7) can be used an alternative refrigerant for mobile airconditioning systems. In this study, the coefficient of cooling performance (COP) and energy requirement for operating of a mobile CO 2 air-conditioning system compressor were investigated. In the analysis, various gas cooler pressure and outlet temperature from the gas cooler of the refrigerant were used as variable parameters. The evaporation temperature of CO 2 and superheating value of CO 2 in the internal heat exchanger were selected as + 5 o C and 10 o C respectively. The compressor isentropic efficiency was used as 0.7. The pressure losses in the system components were neglected. A computer program was used to obtain solutions of the equations and properties of CO 2. It was concluded that, the COP values of the system reach a maximum value with variation of the gas cooler pressure and outlet temperature from the gas cooler of the refrigerant. The COP value variation speed with outlet temperature from the gas cooler of the refrigerant slowed down with the increased gas cooler pressure. The results were presented with diagrams. Keywords: CO 2, mobile air-conditioning, gas cooler, performance, alternative refrigerant. 1.GİRİŞ ( INTRODUCTION ) Araç klimaları ve soğuk zincir içinde yer alan gıda taşıma araçlarının soğutma sistemleri gibi mobil soğutma sistemleri, halen atmosfere zararlı soğutucu akışkan (soğutkan) emisyonu salınmasında yüksek orana sahiptir. Günümüzde bu tür sistemler için ozon tabakasına zarar vermeyen, HFC-1a soğutkanı çok

A. E. Özgür Değişik Gaz Soğutucu Çıkış Sıcaklıkları ve Basınçları için Bir CO 2 Soğutkanlı yaygın olarak kullanılmaktadır. Fakat bu akışkanın küresel ısınma katsayısı yaklaşık 1200 dür. Bu değer CO 2 için ise 1 dir. Dolayısıyla HFC-1a soğutkanının kullanılması, küresel ısınmanın önem kazandığı günümüzde çevre açısından çok olumsuz etkiler oluşturacaktır. Almanya da yapılan bir araştırmada, 2007 yılından itibaren tüm mobil iklimlendirme sistemlerindeki HFC-1a akışkanının, CO 2 gazı ile değiştirilmesi ile 2010 yılına kadar Almanya nın sera etkisi oluşturan gaz emisyonlarında 1 milyon ton CO 2 e eşdeğer bir azalma sağlanacağı belirtilmektedir [1]. CO 2 in yüksek hacimsel ısıl kapasitesi sebebiyle, sistemde sağlanması gereken soğutkan debisi, konvansiyonel R-1a sistemlerine göre düşüktür. Fakat yinede R-1a sistemine göre araç motorundan çekilen güç, CO 2 li sistemler için daha yüksektir. Bu dezavantajla birlikte Almanya da yapılan bir prototip çalışmasında, tam soğutma modunda CO 2 li sistemin R-1a soğutkanlı sisteme göre daha yüksek STK değeri ve daha az yakıt tüketimi sağladığı belirtilmiştir [2]. Ayrıca Avrupa Birliği de mobil klima sistemlerinde, HFC-1a akışkanının kullanımını 2011 yılından itibaren tamamen yasaklamaktadır [2]. Dolayısıyla mobil iklimlendirme sistemleri için alternatif soğutkanlar araştırılmaktadır. Bu alternatifler içinde en çok önem kazanan CO 2 dir. Bunun dışında hidrokarbon soğutkanlar da alternatif soğutkanlar olarak değerlendirilmektedir. Fakat bu soğutkanların patlayıcı ve yanıcı olmaları sorun oluşturmaktadır. CO 2 hacimsel ısı transfer kapasitesi, q v, yüksek bir akışkandır. Kim vd. [] tarafından bu kapasite 0 o C için 22.55 kj/m olarak verilmiştir. Bu değer CFC, HCFC, HFC ve HC akışkanların volümetrik ısı transfer kapasitelerine göre -10 kat daha yüksektir []. Bu sebeple aynı kapasite değerleri için, CO 2 soğutkanlı sistem boyutları, diğer konvansiyonel sistemlerin boyutlarına göre küçüktür. Fakat CO 2 in kritik nokta sıcaklığı ve kritik nokta basıncı (Tkr = 1.1 o C, Pkr = 7.8 bar) sistem tasarımını etkilemektedir. 1.1 o C sıcaklık mobil iklimlendirme sistemlerinin yoğuşturucu sıcaklığından düşüktür ve sıcak mevsimlerde oluşan atmosfer sıcaklığına yakın ve hatta altında bir değerdir. Dolayısıyla sistemden ısı atılması işlemi kritik nokta üzerinde gerçekleşmektedir ve CO 2 bu süreçte yoğuşmamaktadır. Yoğuşma kısılma işlemi sonrasında olmaktadır. Bu sebeple konvansiyonel sistemlerdeki yoğuşturucu yerine, CO 2 soğutkanlı sistemlerde gaz soğutucu kullanılmaktadır. Bu çalışmada incelenen CO 2 çevriminin P-h ve T-s diyagramlarının şematik gösterimi Şekil 1. de verilmiştir. Şekil 2 de ise incelenen mobil iklimlendirme sisteminin şematik gösterimi verilmiştir. Bu çalışmada, CO 2 in soğutkan olarak kullanıldığı bir iklimlendirme sistemi için soğutma etkinlik katsayısı ve kompresör enerji tüketimi değerlerinin, değişik gaz soğutucu basıncı ve soğutkanın gaz soğutucudan çıkış sıcaklığı ile değişimleri incelenmiştir. Mobil iklimlendirme sistemlerinde karşılaşılabilecek çalışma şartları (gaz soğutucu basıncı, soğutkanın gaz soğutucudan çıkış sıcaklığı, buharlaştırıcı sıcaklığı, sistemin soğutma kapasitesi ve iç ısı değiştiricide soğutkanın sıcaklığındaki değişim) için performans analizi çalışmasının sonuçları sunulmuştur. P [kpa] T [ C] 0 C 10 C 0 C -10 C 50 C R7 0,2 0, 0,6 0,8 120 C (a) P-h diyagramı (The P-h diagram) 60 bar 0 bar 0 bar R7 120 bar 100 bar 80 bar (b) T-s diyagramı (The T-s diagram) Şekil 1. CO 2 çevrimi (The CO 2 cycle) q gs 5 B 6 5 6 5 1 2 1 2 A -1 kj/kg-k -0,9-0,8-0,7-0,6 h [kj/kg] s [kj/kg-k] Şekil 2. Mobil iklimlendirme sisteminin şematik gösterimi, A. Kompresör, B. Gaz soğutucu, C. İç ısı değiştirici, D. Kısma valfi, E Buharlaştırıcı, F. Akümülatör. (The schematic drawing mobile air-conditioning system), A. Compressor, B. Gas cooler, C. Internal heat exchanger, D. Expansion valve, E. Evaporator, F. Accumulator C w k F 6 E D 1 2 q b 182 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 2, No 1, 2008

Değişik Gaz Soğutucu Çıkış Sıcaklıkları ve Basınçları için Bir CO 2 Soğutkanlı A. E. Özgür 2. ÇEVRİM ANALİZİ (CYCLE ANALYSIS) Şekil 1 de gösterilen CO 2 soğutkanlı çevrimde en büyük sorun, sistemden ısı atılan basıncın yüksek olmasıdır. CO 2 in kritik nokta değerleri sebebiyle ısı atımı kritik noktanın üstünde gerçekleşir. Dolayısıyla ısı atımı esnasında yoğuşma oluşmamaktadır ve sıcaklık sabit kalmamaktadır. Dolayısıyla gaz soğutucu ile çevre ortam akışkanı (hava) arasında oluşan ısı transfer katsayısı, gaz soğutucu boyunca değişik değerler almaktadır. Özellikle mobil klimalar gibi, sıcak mevsimlerde, dış ortam havasına ısı atımı gerçekleştiren sistemler için gaz soğutucu ile hava arasındaki ısı transferi çok önemlidir. Şekil 1 den de görüldüğü gibi, 5 noktası gaz soğutucudan çıkan CO 2 in durumunu göstermektedir. Bu noktanın daha düşük sıcaklıklara kayması ile daha yüksek sistem verimi elde edilebilir. Gaz soğutucu olarak yüksek verimli ısı değiştiricilerin kullanılmasıyla, gaz soğutucu çıkış sıcaklığı çevre ortam sıcaklığına yaklaştırılabilir. Daha öncede bahsedildiği gibi, konvansiyonel buhar sıkıştırmalı sistemlerdeki yoğuşturucunun yerine, CO 2 li sistemlerde gaz soğutucu kullanılmaktadır. Şekil 2 de C ile gösterilen ısı değiştirici, gaz soğutucudan çıkan CO 2 soğutkanının sıcaklığını düşürerek, ek soğutma kapasitesi sağlar. Aynı zamanda kompresör tarafından emilen akışkanın sıcaklığında da, ısı değiştiricideki ısı transferi nedeniyle, artma olur. Dolayısıyla, artan kompresöre giriş sıcaklığı, kompresör çıkış sıcaklığını da arttırır. Artan çıkış sıcaklığı sebebiyle kompresör yağ ömrü azaltmaktadır. Bu sebeple, yüksek kompresör çıkış sıcaklığı sağlanması gereken ısı pompası uygulamalarında, ısı değiştiricinin by-pass edilmesi tavsiye edilmektedir []. Kompresör çıkış sıcaklığı, kompresörü üreten firma kataloglarına göre ayarlanmalıdır [5]. Bu kriterler dikkate alınarak, iç ısı değiştiriciden çıkan soğutkanın kızgınlık derecesi, bu çalışmada 10 o C olarak sınırlandırılmıştır. Mobil iklimlendirme sistemlerinde CO 2 in buharlaşma sıcaklığının seçimi de önem arz etmektedir. Buharlaşma sıcaklığındaki azalmanın, kompresörün araç motorundan çekeceği gücü arttıracağı unutulmamalıdır. Bu çalışmada +5 o C buharlaşma sıcaklığı için analiz yapılmıştır. Buharlaştırıcı kapasitesi iki farklı değerde ve 8 kw olarak alınmıştır ve Q b ms = (1) (h2 h6) ifadesi ile soğutkan debisi elde edilmiştir. Bu iki farklı buharlaştırıcı kapasitesi değeri, mobil iklimlendirme sistemleri için orta ve yüksek kapasite değerleri olarak kabul edilebilir [6]. CO 2 soğutkanlı mobil iklimlendirme sistemlerinde, sistem içersindeki yüksek basınç nedeniyle, soğutkan yoğunluğu yüksektir ve akışkan hızları konvansiyonel sistemlere göre düşüktür. Dolayısıyla sistem içerisindeki basınç kaybı değerleri oldukça düşüktür [5] ve ihmal edilebilir. Bu durumda; P 1 = P 2 = P (2) P = P 5 = P 6 () eşitlikleri yazılabilir. CO 2 kompresörlerinin izentropik verimleri ile ilgili değişik çalışmalar yapılmıştır. Çelik bu değeri 1.98 bar buharlaştırıcı basıncı ve değişik gaz soğutucu basıncı değerlerinde 0.65-0.7 olarak elde etmiştir [5]. Ayrıca basınç oranı aralığı olarak 1-10 değerleri için Robinson ve Groll bu değeri 0.827-0.726 olarak elde etmişlerdir [7]. Bu çalışmada kompresörün izentropik verim değeri 0.7 olarak alınmıştır. Bu durumda kompresörden çıkan soğutkan entalpisi h ; h,i h h = + h () ηk eşitliği ile elde edilmiştir. Burada h,i, izentropik sıkıştırma ile elde edilebilecek, soğutkanın kompresör çıkışındaki entalpisidir. Kompresörün araç motorundan çekeceği güç; Wk = m s.w k = m s.(h h ) (5) eşitliği ile, gaz soğutucu kapasitesi ise; Qgs = m s.(h h5) (6) eşitliği ile elde edilmiştir. Gaz soğutucu verimi ise; (T T5 ) η gs = (7) (T T hg ) bağıntısı ile elde edilmiştir [8]. Burada T hg gaz soğutucuya gelen dış hava sıcaklığıdır. Bu bağıntı gaz soğutucudan çıkan CO 2 in sıcaklığının gaz soğutucuya giren hava sıcaklığına yaklaşma oranını gösterdiği için önemlidir. Soğutma kapasitesinin artışını sağlamak için kullanılan iç ısı değiştiricisinde ısıl ve diğer kayıplar ihmal edilerek enerji dengesi; h 6 + h = h 5 + h 2 (8) şeklinde yazılabilir. Burada ( h 6 = h 1 ) olduğu unutulmamalıdır. Sistemden elde edilecek soğutma tesir katsayısı STK; STK = Qb (9) W k bağıntısı ile elde edilmiştir. Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 2, No 1, 2008 18

A. E. Özgür Değişik Gaz Soğutucu Çıkış Sıcaklıkları ve Basınçları için Bir CO 2 Soğutkanlı CO 2 in özelikleri ve denklemlerin çözümleri EES (Engineering Equation Solver) adlı bir paket program ile elde edilmiştir [9]. Bu program içerisinde yer alan R 7 (CO 2 ) akışkan kütüphanesi, Span ve Wagner [10] tarafından elde edilen eş-ilişkileri kullanmaktadır.. BULGULAR (RESULTS) Şekil, ve 5 de, soğutkanın gaz soğutucudan üç farklı çıkış sıcaklığı 0 o C, 0 o C ve 50 o C şartlarında, STK değerlerinin, gaz soğutucu basıncıyla değişimleri sırasıyla verilmiştir. Bu sıcaklık değerleri, mobil iklimlendirme sistemlerinin gaz soğutucu çıkışındaki gerçek değerlere uygundur. Bu şekillerden görüldüğü gibi, soğutkanın gaz soğutucudan çıkış sıcaklığı düştükçe, optimum STK değerinin daha düşük basınçlarda (P ) elde edildiği görülmektedir. Şekil de görüldüğü gibi ve 8 kw soğutma yükleri için elde edilen STK değerleri birbirlerine eşittir. Aynı durum Şekil ve 5 de görülebilir. Fakat kompresörün araç motorundan çektiği güç, ve 8 kw soğutma yükleri için oldukça değişiklik göstermiştir. Şekil, ve 5 birlikte incelenirse, T sıcaklığı azaldıkça kompresörün araç motorundan çekeceği gücün de azalacağı görülmektedir. Aracın yakıt tüketimi ve egzoz emisyonları, bu sıcaklık değerinin azaltılması ile daha düşük değerlerde elde edilebilir. Şekil, ve 5 de, STK değerinin bir maksimum değere ulaştıktan sonra azalma eğilimine girmesinin sebebi, Şekil 1 de görülen P-h diyagramında, gaz soğutucunun çıkış şartını simgeleyen (5) noktası etrafındaki izoterm eğrilerinin, basıncın artışı ile dik hale gelmesidir. Basıncın artışıyla, buharlaştırıcı kapasitesindeki değişim sıfıra doğru gitmektedir. Fakat bu durumda artan kompresör enerji tüketim değeri sebebiyle STK değerlerinde azalma görülmektedir. Yine aynı şekillerde, kompresör iş değerlerinin bir minimum değere ulaştıktan sonra artış göstermesinin sebebi, kızgın buhar bölgesindeki izoterm eğrilerinin, kritik nokta basıncının altında artan basınç ile yatay hale gelme eğilimleri ve kritik nokta basıncından sonra artan basınç ile dik hale gelme eğilimleri ile açıklanabilir. Gaz soğutucu çıkış sıcaklığının ve basıncının, sistemin STK değeri üzerindeki etkileri Şekil 6 da görülmektedir. Görüldüğü gibi gaz soğutucu çıkış sıcaklığı yaklaşık 50 o C nin altında olduğunda, P değerinin, 110 bar ın üstünde bir değere çıkması, STK nın azalmasına sebep olmaktadır. Bu sıcaklık değerinin (50 o C) üstünde ise, gaz soğutucu basıncı arttıkça, STK değeri de artmaktadır. Ayrıca gaz soğutucu basıncının arttığı durumlarda, STK nın T sıcaklığı ile daha az değişim gösterdiği görülmektedir. T sıcaklığı gaz soğutucuya gelen dış hava sıcaklığına bağlıdır. Mobil klima sisteminin tüm mevsim boyunca maruz kalacağı dış ortam hava sıcaklığı değerleri dikkate alınarak, gaz soğutucu basıncı belirlenmelidir. Böylelikle tüm mevsim boyunca verimli bir çalışma ve düşük yakıt tüketimi elde edilebilir.. SONUÇLAR VE TARTIŞMA (CONCLUSION) Çevresel etkiler ve dünya çapında soğutma ve iklimlendirme sistemleri tarafından kullanılan enerji değerleri dikkate alındığında, alternatif soğutkanların doğru seçilmesinin çok büyük öneme sahip olduğu görülmektedir. Ayrıca mobil iklimlendirme sistemleri Şekil. T = 0 o C için elde edilen STK değerlerinin gas cooler pressure for T = 0 o C) Şekil. T =0 o C için elde edilen STK değerlerinin gas cooler pressure for T = 0 o C) Şekil 5. T = 50 o C için elde edilen STK değerlerinin gas cooler pressure for T = 50 o C) 18 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 2, No 1, 2008

Değişik Gaz Soğutucu Çıkış Sıcaklıkları ve Basınçları için Bir CO 2 Soğutkanlı A. E. Özgür i İzentropik hal değişimi ile ulaşılan nokta m s Soğutucu akışkan debisi (kg/s) P Basınç (bar) Q Isıl kapasite (kw) q v Hacimsel ısı transfer kapasitesi (kj/m ) s Entropi (kj/kgk) STK Soğutma tesir katsayısı T Sıcaklık ( o C) W k Kompresör işi (kw) w k Özgül kompresör işi (kj/kg) η gs Gaz soğutucu verimi η k Kompresör izentropik verimi Şekil 6. T sıcaklığının ve P basıncının sistemin STK değeri üzerindeki etkileri (The variation of COP c with temperature T and pressure P ) gibi kaza anında zarar gören sistemlerde, yanıcı ve zehirleyici soğutkanlar kullanımı da insan hayatı açısından tehlikelidir. Bu durumlar dikkate alındığında, mobil iklimlendirme sistemleri için tek alternatif soğutkan, CO 2 olarak kabul edilebilir. Özellikle araç egzoz emisyonlarının azaltılması açısından, CO 2 soğutkanlı sistemlerde gaz soğutucunun tasarımı büyük önem arz etmektedir. Çevre ortam havası sıcaklığı, bu sistemlerin STK değerlerini oldukça etkilemektedir. Soğutkanın gaz soğutucudan çıkış sıcaklığı, çevre ortam havası sıcaklığına ne kadar çok yaklaştırılırsa, sistem performansının artışı o ölçüde büyük olacaktır. Ayrıca gaz soğutucu basıncının yüksek olması sebebiyle, gaz soğutucu için kullanılacak malzeme seçimi ve kalınlığı da önemli bir tasarım parametresidir. Araçtan elde edilecek yüksek soğutma performansı, sıcak mevsim boyunca değişiklik gösterecektir. Bu sebeple gaz soğutucu basıncı, tüm mevsim için optimum soğutma performansını sağlayabilecek şekilde belirlenmelidir. Bu sebeple deneysel amaçlı sistemlerin kurulması ve bu sistemlerden alınacak ölçümlere gereksinim duyulmaktadır. Günümüzde, otomotiv sektöründeki araştırma ve geliştirme çalışmaları bu konu üzerinde yoğunlaşmıştır. Teknolojik açıdan birçok yenilik ile üretilen CO 2 li mobil iklimlendirme sistemleri, günümüzde otomotiv sektörü için tek alternatif çözüm olarak değerlendirilmektedir. SEMBOLLER (LIST OF SYMBOLS) 1,2, Şekil 1 de gösterilen çevrimin hal durumları,5,6 Şekil 1 de gösterilen çevrimin hal durumları b Buharlaştırıcı gs Gaz soğutucu h Entalpi (kj/kg) hg Gaz soğutucuya gelen hava KAYNAKLAR (REFERENCES) 1. Schwartz, W., Forecasting R-1a emissions from car air conditioning systems until 2020 in Germany, Translation of lecture at DKV Deutsche Kaelte-Klima-Tagung, 22-2, November 2000. 2. Neksa, P., CO 2 as The Refrigerant for Systems in Transcritical Operation Principles and Technology Status-Part I, Natural Refrigerants Conference AIRAH s 200, Cilt:, No: 8, 28-, Sydney, 200.. Kim, H.M., Pettersen, J., Bullard, C.W., Fundamental Process and System Design Issues in CO 2 Vapor Compression Systems, Progress in Energy and Combustion Science, No: 0, 119-17, 200.. Bullard, C., Rajan, J., Cho, S.O., Residential Space Conditioning and Water Heating with Transcritical CO 2 Refrigeration Cycle, Appliance Magazine Engineering, Cilt: March, 0-8, 2005. 5. Çelik, A., Performance of Two-stage CO 2 Refrigeration Cycles, Master of Science Thesis, University of Maryland, ABD, 200. 6. Anand, G., Mahajan, M., Jain, N., Maniam, B., Tumas, T.M., e-thermal: Automobile Air- Conditioning Module, SAE Technical Paper Series, 200-01-1509, 200. 7. Robinson, D.M., Groll, E.A., Efficiencies of transcritical CO 2 cycles with and without an expansion turbine, Int. J. of Refrigeration, Cilt: 21 No: 7, 577-589, 1998. 8. Kauf, F., Determination of the optimum high pressure for transcritical CO 2 -refrigeration cycles, Int. J. Thermal Science, No: 8, 25-0, 1999. 9. Klein, S.A., Engineering equation solver, version 7.71, F-Chart Software, 2006. 10. Span R., Wagner W., A new equation of state for carbon dioxide covering the fluid region from the triple-point temperature to 1100 K at pressure up to 800 MPa, J. of Phys. Chem. Ref. Data, Cilt: 25 No: 6, 1509-1596, 1996. Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 2, No 1, 2008 185