Soğutma sistemlerinde döngüsel kayıpların deneysel ve teorik incelenmesi

Abstract

Bir soğutucunun çalışma davranışına bağlı olarak ortaya çıkan ve sistem verimliliğini önemli ölçüde etkileyen döngüsel kayıplar; aynı sıcaklık ve soğutma yükü altında, sürekli çalışan bir kompresör ile döngüsel çalışan bir kompresörün enerji ihtiyaçları arasındaki farktır. Sistem verimliliği ile olan ilişkisi düşünüldüğünde, döngüsel çalışan bir soğutucunun durma-kalkma sürecinden kaynaklanan döngüsel kayıplar, enerji tüketimini artıran önemli bir etkendir. Soğutkan göçü ile çalışma periyodu başlangıcındaki şarjın yeniden dağıtılması problemi, döngüsel kayıplara neden olan en etkin etmenler olarak ön plana çıkmaktadırlar. Bu çalışmada; döngüsel kayıplar genelinde özellikle soğutkan göçü ele alınıp, deneysel ve teorik olarak irdelenmiştir. Soğutkan göçü; kompresör durduktan sonra, yoğuşturucu ve buharlaştırıcı basınçları eşitlenene kadar yoğuşturucudan buharlaştıncıya soğutkan geçişinin gerçekleştiği geçici rejim süreci olarak tanımlanabilir. Yoğuşturucudan buharlaştıncıya geçen soğutkanın sıcaklığı genellikle kabin içi sıcaklığından yüksek olduğu için, buharlaştırıcıdan kabin içine ters yönde ısı geçişi gerçekleşecektir. Soğutkan göçü neticesinde kabin içine gelen bu ilave ısı kazancı nedeniyle durma periyodu daha kısa sürecek ve enerji tüketimi artacaktır. Farklı ortam sıcaklıklarında, R134a ve R600a soğutkanları kullanılması durumları için gerçekleştirilen deneylerde soğutkanın sıvı ve buhar fazlarında buharlaştıncıya geçiş süreleri büyük bir yaklaşıklıkla belirlenmeye çalışılmış ve soğutkan göçünün sistem performansına olan etkisi ile ilişkilendirilmiştir. Soğutkan göçü etkisinin ve genel davranışının irdelendiği bu deneylerde, ortam sıcaklığının ve farklı soğutkan kullanımının soğutkan göçü davranışına olan etkisi ortaya konmuştur. Soğutkan göçünün sistem performansına olan etkisi ve soğutkan göçünün genel davranışı deneysel olarak irdelendikten sonra; deneysel çıktılar da kullanılarak, göç eden soğutkan miktar ve soğutkan göçünün neden olduğu ısıtma etkisi teorik olarak hesaplanmıştır. Teorik hesaplamalar neticesinde; ortam sıcaklığının değişimi ile birlikte, yoğuşma basıncı ve aşın soğutma miktannın da soğutkan göçüne etken olduğu ortaya konmuştur. Döngüsel kayıplar genelinde özellikle soğutkan göçüne etken parametrelerin kontrollü bir şekilde ele alınmasına yönelik olarak bir deney düzeneği kurulmuştur. Başta yoğuşma koşullan olmak üzere, ilgili sistem parametreleri sabit tutulup, tek değişken toplam döngü süresi alınarak soğutkan göçüne etken kontrollü bir parametre olarak irdelenmiştir.

Cycling losses, that are originating from the on-off cycling character of a cooling system and affecting the system efficiency, can be defined as the difference between the energy consumptions of a continously working compressor and an on- off working compressor. When considered from the energy consumption point of view, refrigerant migration and charge redistribution problem are the most important factors causing cycling losses. In this study; refrigerant migration is experimentally and theoretically investigated especially. After the compressor stops, refrigerant migration occurs in the transient regime period in which the refrigerant passes from condenser to the evaporator until the pressures equalize. Because the temperature of the refrigerant migrating from condenser to the evaporator is generally greater than the air temperature in the cabinet, heat transfer occurs from evaporator to the air in the cabinet. As a result of extra heat load caused by refrigerant migration, off-period ends in a shorter time and the energy consumption increases. In the cases of using R134a and R600a as the cooling refrigerant, the times taken for refrigerant migration in liquid and vapor phases were determined seperately at different ambient temperatures, and related with the effect of refrigerant migration on the system performance. In these experiments that the effect and general character of refrigerant migration were investigated, the relation of ambient temperature and using different refrigerants to refrigerant migration was determined. After an experimental investigation of the effect and general character of refrigerant migration, the amount of migrating refrigerant during off-period and the heat load caused by this amount of migrated refrigerant were calculated theoritically with the help of experimental outputs. As a result of theoretical calculations, it was determined that the change of condensation pressure and sub-cooling with changing ambient temperatures are also effective on refrigerant migration. An experimental facility was set up to investigate and control the parameters affecting on refrigerant migration especially. Related system parameters like condensation conditions were controlled to stay constant during steady state regime, while total cycling period was taken as the only variant parameter. Hence, the effect of total cycling period on refrigerant migration was investigated as a controlled parameter on the experimental facility.