Öz: Giriþ: Bu çalýþmada, R134a için mobil iklimlendirme sistemlerine uygun tasarlanan deney sisteminde soðutucu akýþkan olarak R1234yf’nin kullanýlmasý durumunda sývý hattýna ilave edilen plakalý tip iç ýsý deðiþtiricisinin performans parametreleri üzerine etkisi incelenmiþtir. Kurulan standart deneysel otomobil iklimlendirme sisteminde R134a ve R1234yf akýþkanlarý test edildikten sonra R1234yf, sývý hattýna iç ýsý deðiþtiricisi eklenmiþtir. Eklenen ýsý deðiþtiricisi ile R134a ile ayný koþullarda tekrar test edilmiþtir. Deneyler, farklý kompresör devirlerinde, evaporatör ve kondenser giriþ hava akýmý sýcaklarýn sabit tutularak gerçekleþtirilmiþtir. Deneylerden elde edilen veriler kullanýlarak enerji ve ekserji analizi yapýlmýþtýr. Isý deðiþtiricisi ilave edilerek çalýþtýrýldýðýnda soðutma kapasitesi ve COP deðerinin arttýðý belirlenmiþtir. Amaç: Bu çalýþmada soðutucu akýþkan olarak R1234yf kullanýlmasý durumunda sývý hattýnda kullanýlan plakalý tip iç ýsý deðiþtiricinin performans üzerine etkisi belirlenmiþtir. Kapsam: Soðutma kapasitesi, kompresör gücü, soðutma tesir katsayýsý (COP) ve sistemde yok edilen ekserji deðerleri kýyaslanmýþtýr. Sýnýrlýlýklar: Deneylerde hava akýmý sýcaklýklarý, evaporatörde 27°C ve kondenserde 35°C’de sabit tutulmuþtur. Kompresör devri sýrasýyla 750 d/d - 2750 d/d olmak üzere 500 d/d aralýklar ile arttýrýlarak beþ farklý devirde deneyler yapýlmýþtýr. Yöntem: Deneysel sistem otomobillerde kullanýlan mekanik sýkýþtýrmalý soðutma sistemi bileþenlerinden oluþmaktadýr. Evaporatör ve kondenser kanallarý içine istenilen hava akýmý sýcaklýklarýný saðlamak amacýyla elektrikli ýsýtýcýlar ve hava kanallarýnýn giriþine istenen hava akýmý hýzlarýný saðlamak için devir ayarlý fanlar yerleþtirilmiþtir. Baðlantý elemaný olarak, buhar ve sývý hattýnda bakýr borular kullanýlmýþtýr. Baðlantý elemanlarý ve bakýr boru hatlarý, çaplarýna uygun elastometrik yalýtým malzemesi ile yalýtýlmýþtýr. Sistem kurulduktan sonra ilgili yerler sýcaklýk, basýnç ve debi ölçer gibi cihazlar ile donatýlmýþtýr. Soðutucu akýþkanýn sýcaklýklarý her bir bileþenin giriþ ve çýkýþ noktalarýndan K tipi termal çiftler ile ölçülmüþtür. Ölçülen deðerler veri toplama cihazý ile bilgisayara aktarýlmýþtýr. Sistemde basýnç ölçümü buharlaþma ve yoðuþma basýncý olmak üzere iki noktadan dijital manifold ile yapýlmýþtýr. Soðutucu akýþkanýn kütlesel debisi Coriolis tipi debimetre ile ölçülmüþtür. Soðutucu akýþkanlarýn termofiziksel özellikleri ve entalpileri REFPROP 9.1 programý ile saðlanmýþtýr (Lemmon et al.,2014). Deneysel otomobil klima sisteminde ilk olarak R134a’nýn þarj miktarý belirlenmiþtir. Deneysel sisteme 500 g R134a yüklendikten sonra 25 g aralýklar ile soðutucu akýþkan ilave edilerek testler tekrarlanmýþ ve en yüksek COP deðerinin elde edildiði ve uygun superheat deðerinde þarj miktarý belirlenmiþtir. Bulgular: R1234yf’nin buhar yoðunluðu R134a’dan %18 daha yüksektir. Yüksek yoðunluk nedeniyle R1234yf kullanýlmasý durumunda kompresörden sisteme sevk edilen soðutucu akýþkan miktarý artmaktadýr (Tablo 1). Dolayýsýyla, R1234yf’nin kütlesel debisi R134a’ya göre % 8-10 daha yüksektir. Ancak, R134a’nýn evaporatör içerisinde buharlaþýrken özgül entalpi farklarýnýn yaklaþýk % 18 daha yüksektir. Gizli ýsý ve kütlesel debi deðerinin etkisi birlikte deðerlendirildiðinde R1234yf’den elde edilen soðutma kapasitesilerinin R134a’ya kýyasla daha düþük olduðu görülmektedir. Ayrýca, iç ýsý deðiþtiricisinin aktif hale getirilmesiyle soðutma kapasitesi % 5-6 oranýnda artmýþtýr. Bunun nedeni iç ýsý deðiþtiricisinin kullanýlmasýyla aþýrý soðutmanýn artýþý sonucu soðutucu akýþkanýn evaporatör giriþindeki kuruluk derecesinin düþmesi ve gizli ýsý kapasitesinin artmasý olarak deðerlendirilmiþtir. Basýnç oranlarýnýn kompresör devrine baðlý olarak deðiþimi Þekil 4’de gösterilmektedir. R1234yf, R134a’dan ortalama %12 daha düþük basýnç oranýnda çalýþmaktadýr. R1234yf’nin buhar yoðunluðunun R134a’dan daha yüksek olmasýna raðmen yüksek basýnç oranlarý R134a’nýn %14 daha yüksek kompresör gücü tüketmesine neden olmuþtur. IHX’in sisteme eklenmesiyle IHX’den kaynaklanan basýnç düþümleri buharlaþma basýncýný düþürmekte ve basýnç oranlarýný arttýrmaktadýr. Daha düþük buharlaþma basýncý kompresör giriþindeki buhar yoðunluðunun azalmasýna ve birim hacim için daha düþük kompresör gücü harcanmasýna neden olmaktadýr. Tüm devirlerde sistemde soðutucu akýþkan olarak R134a’nýn kullanýlmasý durumunda elde edilen COP deðerinin R1234yf’ye göre daha yüksek olduðu görülmektedir. Ýç ýsý deðiþtiricinin aktif hale getirilmesiyle R1234yf’nin COP deðerlerinde artýþ gözlenmiþtir. Bununla birlikte kompresör devrinin artmasýyla R1234yf’nin COP deðerlerinde baðýl deðiþimin azaldýðý görülmektedir. Ýç ýsý deðiþtirici aktif hale getirildiðinde 750 d/d’da, R1234yf’den elde edilen COP deðerinin R134a’ya göre baðýl olarak farkýnýn % 4’e kadar yaklaþtýðý incelenebilir. Kompresör çýkýþ sýcaklýklarýnýn fazla olmasý R1234yf’nin birim soðutma kapasitesi baþýna ekserji tahribatýnýn daha fazla olmasýna sebep olmuþtur. Ýç ýsý deðiþtiricinin sisteme eklenmesi ýsý deðiþtiricide yok edilen ekserji miktarý %30,6 artmýþtýr. Bunun yanýnda kompresör emme hattýnda gerçekleþen basýnç düþümleri tersinmezliklerin artmasýna ve ekserji yýkýmýnýn artmasýna sebep olmuþtur. Sonuç: Ýç ýsý deðiþtiricisinin aktif hale getirilmesiyle sistemde soðutucu akýþkan olarak R1234yf kullanýlmasý durumuda soðutma kapasitesi ortalama % 5-6 oranýnda arttýðý belirlenmiþtir. Ýç ýsý deðiþtiricinin aktif hale getirilmesiyle R1234yf’nin COP deðerlerinde artýþ gözlenmiþtir. Ayrýca iç ýsý deðiþtiricinin aktif hale getirilmesiyle Bu sonuçlar doðrultusunda GWP deðeri Avrupa Birliði direktiflerine uygun R1234yf’nin iç ýsý deðiþitirici ile birlikte kullanýldýðýnda performansý belirgin bir þekilde yükselmiþtir.
Anahtar Kelimeler: R1234yf, Ýç ýsý deðiþtirici, COP
|
