Absorbsiyonlu buhar sıkıştırmalı kaskad soğutma çevrimlerinin termodinamik ve termoekonomik analizi
Thermodynamic and thermoeconomic analysis of absorption vapour compression cascade refrigeration cycles
Yazar: CANAN CİMŞİT
Danışman: PROF. DR. İLHAN TEKİN ÖZTÜRK
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Atık ısı, güneş enerjisi, jeotermal enerji gibi temini ucuz olan enerji türlerini kullanabilmesi nedeniyle çevre koruması ve enerji tasarrufunu sağlayan absorbsiyonlu soğutma tekniğinin geliştirilmesinde üç yaklaşım vardır. Bunlar, yeni akışkan çiftleri geliştirmek, absorberin performansını iyileştirmek, yeni çevrimler geliştirmektir.Bu çalışmada, yukarıdaki yaklaşımların ışığı altında absorbsiyonlu soğutma sistemlerinin verimini artırmak için absorbsiyonlu ve buhar sıkıştırmalı soğutma sistemlerinin birlikte düşünülmesiyle oluşturulan absorbsiyonlu-buhar sıkıştırmalı kombine ve absorbsiyonlu-buhar sıkıştırmalı kaskad soğutma sistemlerinin termodinamik analizleri yapılmıştır. Ayrıca kaskad çevrimin termoekonomik optimizasyonu ilk defa yapılmıştır.Kaskad soğutma sistemleri ile buhar sıkıştırmalı mekanik soğutma sistemlerinin karşılaştırıldığı örnek uygulamada aynı şartlarda aynı miktarda soğutma elde edebilmek için kaskad sistemlerde % 48 ile % 52 arasında değişen daha az elektrik enerjisi gerektirdiği sonucu elde edilmiştir.Kaskad soğutma sisteminin absorbsiyonlu kısmında daha önce çalışılan NH3-H2O akışkan çiftine alternatif olarak LiBr-H2O çiftinin kullanılması buhar sıkıştırmalı kısmında ise farklı soğutucu akışkanlar (R-134a, R410A, NH3) kullanılması durumlarının teorik termodinamik analizleri yapılmıştır. Kaskad soğutma sistemlerinin absorbsiyonlu kısmında LiBr-H2O akışkan çiftinin kullanılması durumunda NH3-H2O akışkan çiftine göre % 33 daha yüksek soğutma tesir katsayıları (STK) ve ikinci kanun analiz sonuçlarına göre % 26.7 daha düşük ekserji kayıpları elde edilmiştir. Bu sonuçlara dayanarak kaskad soğutma sistemlerinin absorbsiyonlu kısmında sadece LiBr-H2O akışkan çiftinin buhar sıkıştırmalı kısmında ise NH3, R-134a, R410A ve CO2 soğutucu akışkanların kullanıldığı düşünülerek oluşturulan çevrimlerin sistem elemanlarının farklı çalışma sıcaklıklarına göre birinci ve ikinci kanun analizleri yapılmıştır.Çalışmanın son aşamasında ise LiBr/H2O-R134a kullanan kaskad soğutma sisteminin termoekonomik optimizasyonu yapılarak örnek uygulamada optimum kaynatıcı sıcaklığı 95oC ve buhar sıkıştırmalı kısmının yoğuşturucu sıcaklığı 14oC elde edilmiştir.

Abstract:
There are generally three approaches for developing of absorption refrigeration cycles which are based on energy saving and environmental preservation by using alternative energy sources such as solar energy, geothermal energy and waste heat. These methods are improving absorber performance, investigation new fluid couples and developing new cycles.In this study to improve the efficiencies of absorption refrigeration systems, with the light of the approaches mentioned above, theoretical thermodynamic analysis of absorption-vapour compression combined and absorption-vapour compression cascade systems that are formed by combining absorption and vapour compression cycles have been done and also thermoeconomic optimization for this type cascade cycle has been carried out first time.In a sample application in which cascade refrigeration systems have been compared with mechanical vapour compression refrigeration systems, it is found that cascade systems are required less electrical energy ranged between 48% and 52% compared with the other system to obtain the same amount refrigeration in the same conditions.Thermodynamic analysis has been carried out theoretically by using LiBr-H2O fluid couple in the absorption section of cascade refrigeration systems as an alternative to fluid NH3-H2O, which was studied before, and different refrigerants (R-134a, R410A and NH3) in the vapour compression section. In the case of using LiBr-H2O fluid couple in the absorption section of cascade refrigeration systems, the coefficient of performance is 33% higher and exergy losses is 26.7% lower than NH3-H2O fluid couple. In the light of these results, first and second law of thermodynamics analysis have been done according to different working temperatures of the systems components by using only LiBr-H2O in the absorption section of cascade refrigeration system and different refrigerants (NH3, R-134a, R410A and CO2) in the vapour compression section.In the last part of the study, by using LiBr/H2O-R134a in the cascade refrigeration system, a thermoeconomic optimization has been carried out. In the sample application, the optimum generator temperature and the optimum condenser temperature of vapour compression section are found to be 95oC and 14oC respectively.