BİLDİRİ DETAY

Eren SOYLU, Mehmet DİREK, Fikret YÜKSEL
R1234YF SOĞUTUCU AKIŞKANI KULLANAN KLİMA SİSTEMİNDE PLAKALI TİP İÇ ISI DEĞİŞTİRİCİSİ KULLANIMININ ETKİSİ
 
Öz: Giriş: Bu çalışmada, R134a için mobil iklimlendirme sistemlerine uygun tasarlanan deney sisteminde soğutucu akışkan olarak R1234yf’nin kullanılması durumunda sıvı hattına ilave edilen plakalı tip iç ısı değiştiricisinin performans parametreleri üzerine etkisi incelenmiştir. Kurulan standart deneysel otomobil iklimlendirme sisteminde R134a ve R1234yf akışkanları test edildikten sonra R1234yf, sıvı hattına iç ısı değiştiricisi eklenmiştir. Eklenen ısı değiştiricisi ile R134a ile aynı koşullarda tekrar test edilmiştir. Deneyler, farklı kompresör devirlerinde, evaporatör ve kondenser giriş hava akımı sıcakların sabit tutularak gerçekleştirilmiştir. Deneylerden elde edilen veriler kullanılarak enerji ve ekserji analizi yapılmıştır. Isı değiştiricisi ilave edilerek çalıştırıldığında soğutma kapasitesi ve COP değerinin arttığı belirlenmiştir. Amaç: Bu çalışmada soğutucu akışkan olarak R1234yf kullanılması durumunda sıvı hattında kullanılan plakalı tip iç ısı değiştiricinin performans üzerine etkisi belirlenmiştir. Kapsam: Soğutma kapasitesi, kompresör gücü, soğutma tesir katsayısı (COP) ve sistemde yok edilen ekserji değerleri kıyaslanmıştır. Sınırlılıklar: Deneylerde hava akımı sıcaklıkları, evaporatörde 27°C ve kondenserde 35°C’de sabit tutulmuştur. Kompresör devri sırasıyla 750 d/d - 2750 d/d olmak üzere 500 d/d aralıklar ile arttırılarak beş farklı devirde deneyler yapılmıştır. Yöntem: Deneysel sistem otomobillerde kullanılan mekanik sıkıştırmalı soğutma sistemi bileşenlerinden oluşmaktadır. Evaporatör ve kondenser kanalları içine istenilen hava akımı sıcaklıklarını sağlamak amacıyla elektrikli ısıtıcılar ve hava kanallarının girişine istenen hava akımı hızlarını sağlamak için devir ayarlı fanlar yerleştirilmiştir. Bağlantı elemanı olarak, buhar ve sıvı hattında bakır borular kullanılmıştır. Bağlantı elemanları ve bakır boru hatları, çaplarına uygun elastometrik yalıtım malzemesi ile yalıtılmıştır. Sistem kurulduktan sonra ilgili yerler sıcaklık, basınç ve debi ölçer gibi cihazlar ile donatılmıştır. Soğutucu akışkanın sıcaklıkları her bir bileşenin giriş ve çıkış noktalarından K tipi termal çiftler ile ölçülmüştür. Ölçülen değerler veri toplama cihazı ile bilgisayara aktarılmıştır. Sistemde basınç ölçümü buharlaşma ve yoğuşma basıncı olmak üzere iki noktadan dijital manifold ile yapılmıştır. Soğutucu akışkanın kütlesel debisi Coriolis tipi debimetre ile ölçülmüştür. Soğutucu akışkanların termofiziksel özellikleri ve entalpileri REFPROP 9.1 programı ile sağlanmıştır (Lemmon et al.,2014). Deneysel otomobil klima sisteminde ilk olarak R134a’nın şarj miktarı belirlenmiştir. Deneysel sisteme 500 g R134a yüklendikten sonra 25 g aralıklar ile soğutucu akışkan ilave edilerek testler tekrarlanmış ve en yüksek COP değerinin elde edildiği ve uygun superheat değerinde şarj miktarı belirlenmiştir. Bulgular: R1234yf’nin buhar yoğunluğu R134a’dan %18 daha yüksektir. Yüksek yoğunluk nedeniyle R1234yf kullanılması durumunda kompresörden sisteme sevk edilen soğutucu akışkan miktarı artmaktadır (Tablo 1). Dolayısıyla, R1234yf’nin kütlesel debisi R134a’ya göre % 8-10 daha yüksektir. Ancak, R134a’nın evaporatör içerisinde buharlaşırken özgül entalpi farklarının yaklaşık % 18 daha yüksektir. Gizli ısı ve kütlesel debi değerinin etkisi birlikte değerlendirildiğinde R1234yf’den elde edilen soğutma kapasitesilerinin R134a’ya kıyasla daha düşük olduğu görülmektedir. Ayrıca, iç ısı değiştiricisinin aktif hale getirilmesiyle soğutma kapasitesi % 5-6 oranında artmıştır. Bunun nedeni iç ısı değiştiricisinin kullanılmasıyla aşırı soğutmanın artışı sonucu soğutucu akışkanın evaporatör girişindeki kuruluk derecesinin düşmesi ve gizli ısı kapasitesinin artması olarak değerlendirilmiştir. Basınç oranlarının kompresör devrine bağlı olarak değişimi Şekil 4’de gösterilmektedir. R1234yf, R134a’dan ortalama %12 daha düşük basınç oranında çalışmaktadır. R1234yf’nin buhar yoğunluğunun R134a’dan daha yüksek olmasına rağmen yüksek basınç oranları R134a’nın %14 daha yüksek kompresör gücü tüketmesine neden olmuştur. IHX’in sisteme eklenmesiyle IHX’den kaynaklanan basınç düşümleri buharlaşma basıncını düşürmekte ve basınç oranlarını arttırmaktadır. Daha düşük buharlaşma basıncı kompresör girişindeki buhar yoğunluğunun azalmasına ve birim hacim için daha düşük kompresör gücü harcanmasına neden olmaktadır. Tüm devirlerde sistemde soğutucu akışkan olarak R134a’nın kullanılması durumunda elde edilen COP değerinin R1234yf’ye göre daha yüksek olduğu görülmektedir. İç ısı değiştiricinin aktif hale getirilmesiyle R1234yf’nin COP değerlerinde artış gözlenmiştir. Bununla birlikte kompresör devrinin artmasıyla R1234yf’nin COP değerlerinde bağıl değişimin azaldığı görülmektedir. İç ısı değiştirici aktif hale getirildiğinde 750 d/d’da, R1234yf’den elde edilen COP değerinin R134a’ya göre bağıl olarak farkının % 4’e kadar yaklaştığı incelenebilir. Kompresör çıkış sıcaklıklarının fazla olması R1234yf’nin birim soğutma kapasitesi başına ekserji tahribatının daha fazla olmasına sebep olmuştur. İç ısı değiştiricinin sisteme eklenmesi ısı değiştiricide yok edilen ekserji miktarı %30,6 artmıştır. Bunun yanında kompresör emme hattında gerçekleşen basınç düşümleri tersinmezliklerin artmasına ve ekserji yıkımının artmasına sebep olmuştur. Sonuç: İç ısı değiştiricisinin aktif hale getirilmesiyle sistemde soğutucu akışkan olarak R1234yf kullanılması durumuda soğutma kapasitesi ortalama % 5-6 oranında arttığı belirlenmiştir. İç ısı değiştiricinin aktif hale getirilmesiyle R1234yf’nin COP değerlerinde artış gözlenmiştir. Ayrıca iç ısı değiştiricinin aktif hale getirilmesiyle Bu sonuçlar doğrultusunda GWP değeri Avrupa Birliği direktiflerine uygun R1234yf’nin iç ısı değişitirici ile birlikte kullanıldığında performansı belirgin bir şekilde yükselmiştir.

Anahtar Kelimeler: R1234yf, İç ısı değiştirici, COP



 


Keywords: