Transkritik Karbondioksit Soğutma Çevriminin Enerji ve Ekserji Analizi

Abstract

Konvansiyonel soğutucu akışkanların ozon tabakası üzerindeki etkileri ve küresel ısınmaya etkisi bilinmektedir. Kloroflorokarbon (CFC) ve hidrokloroflorokarbon (HCFC) bazlı soğutucular, soğutma sistemlerinde uzun süredir kullanılmaktadır. Bu soğutucu akışkanların yerine çevreye çok daha az zararlı olan doğal soğutucu akışkanların kullanımına önem verilmiştir. Bu akışkanlar arasında ilk akla gelen karbondioksittir. Bu çalışmada, transkritik karbondioksit soğutma çevriminin enerji ve ekserji analizi teorik olarak incelenmiştir. Evaporatör ve gaz soğutucu çıkış sıcaklıkları için enerji ve ekserji analizleri yapılmıştır. Transkritik karbondioksit soğutma çevriminin her bir bileşeninin ekserji kayıpları belirlenmiştir. Ayrıca soğutma çevriminin birinci ve ikinci kanun verimleri belirlenmiştir. Bu çalışmada en yüksek ekserji verim değeri, evaporatör sıcaklığı -5 oC ve gaz soğutucu çıkış sıcaklığı 20 oC için 41.19 olarak belirlenmiştir.

Keywords

• karbondioksit
• ekserji analizi
• transkritik çevrim
• soğutma performans katsayısı
• karbondioksit, ekserji analizi, transkritik çevrim, soğutma performans katsayısı

Energy and Exergy Analysis of Transcritical Carbon Dioxide Refrigeration Cycle

Abstract

The effects of conventional refrigerants on ozone layer and its effect on global warming are known. Refrigerants based on chlorofluorocarbons (CFC) and hydrochlorofluorocarbons (HCFCs) have been used in refrigeration systems for a long time and are still being used. Instead of these refrigerants, the use of natural refrigerants which are much less harmful to the environment, has been given importance. Carbon dioxide is the first that comes to mind among these fluids. In this study, energy and exergy analysis of transcritical carbon dioxide refrigeration cycle examined as theoretically. Energy and exergy analysis were made for different evaporator temperatures and outlet temperatures from gas cooler. Exergy losses of each component of the transcritical carbon dioxide refrigeration cycle were determined. In addition, the first and second law efficiencies of the refrigeration cycle were determined. When the evaporator temperature is -5 oC and the outlet temperature from the gas cooler is 20 oC, the highest exergy efficiency value was determined as 41.19 in this study.

Keywords

• carbon dioxide
• exergy analysis
• transcritical cycle
• coefficient of performance

References

1. [1]. Gomri, R., Karoune, N., Khellaf, N., Energy and Exergy Analyses of Different Transcritical CO2 Refrigeration Cycles, El-Cezerî Journal of Science and Engineering, 2018, 5 (2), 547-555.
2. [2]. Yang, J. L., Ma, Y. T., Li, M. X., Guan, H. Q., Exergy analysis of transcritical carbon dioxide refrigeration cycle with an expander, Energy, 2005, 30, 1162-1175.
3. [3]. Fangtian, S., Yitai, M., Thermodynamic analysis of transcritical CO2 refrigeration cycle with an ejector, Applied Thermal Engineering, 2011, 31, 1184-1189.
4. [4]. Bai, T., Yu, J., Yan, G., Advanced exergy analyses of an ejector expansion transcritical CO2 refrigeration system, Energy Conversion and Management, 2016, 126, 850-861.
5. [5]. Papadaki, A., Stegou-Sagia, A., Exergy analysis of CO2 heat pump systems, International Journal of Energy and Environment, 2015, 6(2), 165-174.
6. [6]. Chen, Y., Gu, J., The Optimum High Pressure For CO2 Transcritical Refrigeration Systems With Internal Heat Exchangers, International Journal of Refrigeration, 2005, 28, 1238-1249.
7. [7]. Neksa, P., Rekstad, H., Zakeri, G. R., Schiefloe, P. A., CO2-Heat Pump Water Heater: Characteristics, System Design and Experimental Results, International Journal of Refrigeration, 1998, 21, 172-179.
8. [8]. Robinson, D. M., Groll, E. A., Efficiencies of Transcritical CO2 Cycles With And Without An Expansion Turbine, International Journal of Refrigeration, 1998, 21(7), 577-589.

9. [9]. Lee, J. S., Kim, M. S., Kim, M. S., Experimental study on the improvement of CO2 air conditioning system performance using an ejector, International Journal of Refrigeration, 2011, 34, 1614-1625.
10. [10].Llopis, R., Cabello, R., Sanchez, D., Torrella, E., Energy improvements of CO2 transcritical refrigeration cycles using dedicated mechanical subcooling, International Journal of Refrigeration, 2015, 55, 129-141.
11. [11]. Cecchinato, L., Chiarello, M., Corradi, M., Thermodynamic analysis of different two-stage transcritical carbon dioxide cycles, International Journal of Refrigeration, 2009, 32(5), 1058-1067.