Ultra Düşük Sıcaklıklarda Çalışan İki Kademeli Bir Soğutma Sisteminde Aşırı Soğutma ve Isıtmanın Performansa Etkilerinin Sayısal İncelenmesi

Yıl 2017, Cilt: 17 Sayı: 3, 1172 - 1180, 29.12.2017

Deniz Yılmaz Ünal Sınar Ali Özyurt Barış , Yılmaz Ebru Mancuhan

Öz

Soğutma sistemleri çalışılmak istenen soğutma sıcaklığına bağlı olarak çeşitli kategorilere ayrılmaktadır. -50°C ve -100°C sıcaklık aralığında gerçekleştirilen soğutma işlemleri ultra düşük sıcaklık uygulaması sınıfına girmektedir. Soğutma sistemleri; kompresör sıkıştırma oranı, dış hava sıcaklıkları ve kullanılan akışkan özellikleriyle sınırlandırıldığından dolayı bu sıcaklık değerlerini tek kademeli bir soğutma sistemiyle elde edebilmek çok zordur. Bu sebeple iki kademeli soğutma sistemleri kullanılmaktadır. Bu sistemlerin yüksek sıcaklık çevrimlerinde R134a, R404A ve R507A gibi akışkanlar; düşük sıcaklık çevriminde ise R23, R503 ve R508B gibi akışkanlar kullanılabilmektedir. Bu çalışmada, yüksek sıcaklık çevriminde R404A; düşük sıcaklık çevriminde ise R508B akışkanının kullanıldığı iki kademeli bir soğutma sistemi termodinamik olarak incelenmiştir. EES (Engineering Equation Solver) yazılımı kullanılarak ultra düşük oda sıcaklıklarında çalışan bir soğutma sistemine ait ekipmanların enerji ve ekserji analizi yapılmış ve sonuçlar irdelenmiştir. Gerçekleştirilen çalışmada kaskat ısı değiştiricisindeki buharlaşma sıcaklığının artışı sistem performansını arttırmakta kaskat ısı değiştiricisindeki sıcaklık farkının artışının ise performans değerini azalttığı görülmüştür. Sistem performansının ise -30 oC ile -35 oC arasındaki kaskat ısı değiştirici buharlaşma sıcaklığında azami değerine ulaştığı sonucuna varılmıştır.

Anahtar Kelimeler

Ultra Düşük Sıcaklık, R508B, İki Kademeli Soğutma, Ekserji

Kaynakça

• ASHRAE Handbook - Refrigeration (SI Edition), 2010. American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers Inc, Atlanta, USA.
• Brinc D., Chan M.K., Venner A.A., Pasic M.D., Colantino D., Kyriakopolou L., Adeli K., 2012. Long-term stability of biochemical markers in pediatric serum specimen stored at -800C, Clinical Biochemistry, 45, 816-826.
• Cengel B., 2015. Thermodynamics an Engineering Approach 8th Edition. McGraw-Hill, NewYork.
• Gong M., Sun Z., Wu J., Zhang Y., Meng C., Zhou Y., 2009. Performance of R170 mixtures as refrigerants for refrigeration at -80°C temperature range. International Journal of Refrigeration, 32, 892-900.
• Kilicarslan A., Hosozb M., 2010. Energy and irreversibility analysis of a cascade refrigeration system for various refrigerant couples. Energy Conversion and Management, 51, 2947–2954.
• Kruse H., Russmann H., 2006. The Natural Fluid Nitrous Oxide - An Option as Substitute for Low Temperature Synthetic Refrigerants. International Journal of Refrigeration, 29, 799–806.
• Nasruddin, Syaka D.R.B., Alhamid M.I., 2011. A Cascade Refrigeration System Using Mixture of Carbondioxide and Hydrocarbons for Low Temperature Applications. Journal of Engineering and Applied Science, 6, 379-386.
• Parekh A.D., Tailor P.R., 2011. Thermodynamic Analysis of R507A-R23 Cascade Refrigeration System. World Academy of Science, Engineering and Technology, 5, 902-906.
• Sarkar J., Bhattacharyya S., Lal A., 2013. Performance comparison of natural refrigerants based cascade systems for ultra-low-temperature applications. International Journal of Sustainable Energy, 32, 406-420.
• Wadell R.P., 2005. Design of compact evaporators for ultralow temperature thermal management of microprocessors, Master thesis, Georgia Institute of Technology.
• Yilmaz B., Erdönmez N., Sevindir M., Mancuhan E. 2014. Thermodynamic analysis and optimization of cascade condensing temperature of a CO2 (R744)/404A cascade refrigeration system. 15th International Refrigeration and Air Conditioning Conference, Purdue University, USA, July 14-17.
• Yilmaz B., Erdönmez N., Özyurt A., Yılmaz D., Mançuhan E., Sevindir M.K., 2015. Energy and Exergy Analysis and Optimization Studies of a CO2/NH3 Cascade Refrigeration System. 6th IIR Conference: Ammonia and CO2 Refrigeration Technologies, Ohrid.