Investigation of refrigeration system performance using infrared image processing techniques for R22 and its alternatives, R438A and R417A refrigerants.

Abstract

Today, it has been observed that with various protocols, halogenic chlorofluorocarbon (CFC) and hydrochlorofluorocarbon (HCFC) refrigerants will not be used in the future and various alternatives must be created. In the conventional cooling efficiency coefficient (COP) calculation method, thermodynamic property tables and pressure-enthalpy diagrams are used. Thanks to the proposed method, it will not be necessary to use these tables and diagrams when calculating the COP. It will be sufficient to take images from the regions indicated by the infrared imaging system. In this study, performance analysis of commercial refrigeration systems of R417A and R438A fluids that are alternative to R22 fluid, which are friendly to the ozone layer, has been performed. With the prohibition of the consumption of CFC gases, the use of HCFC gases, another gas group that damages the ozone layer, has been restricted and then banned. The most used of these gases is R22 gas. In order to perform the performances of reference R22 gas and R438A and R417A gases with infrared image analysis, two methods are proposed: COP with regional feature data acquisition and COP. In addition, on the two interfaces realized, the sizes obtained from infrared images are compared graphically and numerically. According to the obtained numerical and visual application results, R438A showed the closest performance to R22 gas. Compared to traditional computational performance tests, the ease of use of the system has shown that it is more advantageous in terms of remote measurement and simultaneous recording.

Keywords

• Infrared image processing
• COP
• refrigerant

R22 ve Alternatifleri R438A ile R417A Soğutucu Akışkanları için Kızılötesi Görüntü İşleme Teknikleri Kullanarak, Soğutma Sistem Performansının İncelenmesi

Abstract

Günümüzde çeşitli protokoller ile halojenik kloroflorokarbon (CFC) ve hidrokloroflorokarbon (HCFC) soğutucu akışkanlarının ilerleyen zamanlarda kullanılmayacağı ve bu akışkanlara çeşitli alternatiflerin oluşturulması gerektiği gözlemlenmiştir. Geleneksel soğutma etkinlik katsayısı (COP) hesaplama yönteminde, termodinamik özellik tabloları ve basınç-entalpi diyagramları kullanılmaktadır. Önerilen yöntem sayesinde, COP hesaplanırken, bu tablo ve diyagramların kullanılmasına gerek duyulmayacaktır. Kızılötesi görüntüleme sistemi ile belirtilen bölgelerden görüntü alınması yeterli olacaktır. Bu çalışmada, R22 akışkanına alternatif olan, ozon tabakasına dost R417A ve R438A akışkanlarının ticari soğutma sistemlerine yönelik performans analizi yapılmıştır. CFC gazların tüketiminin yasaklanması ile birlikte gelinen süreçte ozon tabakasına zarar veren diğer bir gaz grubu olan HCFC gazların da kullanımı önce sınırlandırılmış ardından tamamen yasaklanmıştır. Bu gazlardan en çok kullanılanı R22 gazıdır. Referans R22 gazı ile R438A ve R417A gazlarının performansları kızılötesi görüntü analizi ile gerçekleştirmek için bölgesel öz nitelik veri elde edinimi ile COP olmak üzere iki yöntem önerilmiştir. Ayrıca gerçekleştirilen iki ara yüz üzerinde, kızılötesi görüntülerden elde edilen büyüklükler, grafiksel ve sayısal olarak karşılaştırılmaktadır. Elde edilen sayısal ve görsel uygulama sonuçlarına göre, R22 gazına en yakın performansı R438A göstermiştir. Geleneksel hesaplamalı performans testlerine göre, uygulanan sistemin kullanım kolaylığı, uzaktan ölçüm ve eş zamanlı kayıt alma noktasında daha avantajlı olduğunu göstermiştir.

Keywords

• Kızılötesi görüntü işleme
• COP
• soğutucu akışkan

References

1. [1] C. C. Allgood ve C. C. Lawson, "Performance of R-438A in R-22 refrigeration and air conditioning systems,", International Refrigeration and Air Conditioning Conference at Purdue, Indiana, 2010.
2. [2] M. Baraz, "Alternatif soğutkan kullanılan doğrudan genleşmeli soğutma sistemlerinde evaporatör ve kondenser kapasitesine etki eden parametrelerin incelenmesi,", Doktora Tezi, 2011.
3. [3] Bock Compressor, "Alternative RefrigerantsInformation on use of R22," 7 Nisan 2020. URL:http://www.bock.de/media/files/PDF/Produktinformationen/96151_Alternative-refrigerants_R22_Gb.pdf.
4. [4] A. Ergün, A. E. Gürel ve İ. Ceylan, "Ticari tip soğutma sistemlerinde R22 akışkanının alternatifi olarak R438A ve R417A akışkanlarının performansının incelenmesi,", Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, cilt 6, no. 4, pp. 824-833, 2018.
5. [5] A. La Rocca, V. La Rocca, A. Messineo ve D. Panno, "Use of HFC fluids as suitable replacements in low-temperature refrigeration plants,", Journal of Engineering and Applied Sciences, cilt 9, no. 1, pp. 74-79, 2014.
6. [6] Z. Cingiz, F. Katırcıoğlu, Y. Çay ve A. Kolip, "Buhar Sıkıştırmalı Soğutma Sisteminde R22 Alternatifi Soğutucu Akışkanların Termodinamik Analizi," Politeknik Dergisi, 2020. DOI: 10.2339/politeknik.548115
7. [7] M. Çalışan ve İ. Türkoğlu, "Termal Kameralar ve Uygulamaları,", Elektrik-elektronik ve Bilgisayar Sempozyumu, FEEB 2011, Elazığ, 2011.
8. [8] M. Weinmann, J. Leitloff, L. Hoegner, B. Jutzi, U. Stilla ve S. Hinz, "Thermal 3D mapping for object detection in dynamic scenes,", ISPRS Annals of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, cilt 2, no. 1, p. 53, 2014.

9. [9] F. Katırcıoğlu, Y. Çay ve Z. Cingiz, "Infrared image enhancement model based on gravitational force and lateral,", Infrared Physics and Technology, cilt 100, pp. 15-27, 2019.
10. [10] Climalife IDS Refrigeration Limited, "HFC Refrigerants," URL: https://www.climalife.co.uk/refrigerants-hfc-refrigerants. [Erişildi: 12 Nisan 2020].
11. [11] Jiang, H., Zeng, L., ve Bi, B., "A comprehensive method of contour extraction for industrial computed tomography images,", Optics and Lasers in Engineering, 51(3), 286-293, 2013.
12. [12] Duan, L., Yao, M., Wang, J., Bai, T., ve Zhang, L.," Segmented infrared image analysis for rotating machinery fault diagnosis,", Infrared Physics & Technology, 77, 267-276,2016.
13. [13] Barbieri, A. L., De Arruda, G. F., Rodrigues, F. A., Bruno, O. M., ve da Fontoura Costa, L., "An entropy-based approach to automatic image segmentation of satellite images,", Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, 390(3), 512-518, 2011.
14. [14] Simone, G., Pedersen, M., ve Hardeberg, J. Y., "Measuring perceptual contrast in digital images,", Journal of Visual Communication and Image Representation, 23(3), 491-506, 2012.
15. [15] T. Haigh, "Cleve Moler: Mathematical software pioneer and creator ‎of Matlab,", IEEE Annals of the History of Computing, 30(1), 87-91, ‎‎2008.
16. [16] The MathWorks, Inc., "Creating graphical user inter-faces,", The ‎MathWorks, Nantick, MA, 2002‎.
17. [17] F. Katırcıoğlu, "Real-time infrared image processing for control and monitoring of greenhouse system,", Journal of Applied Remote Sensing, cilt 14, no. 2, p. 026503, 2020.