CO2 kullanılan kaskad soğutma sisteminin analizi
Analysis of a cascade refrigeration system using CO2 as a refrigerant
Yazar: BERKAN ÇERKEZOĞLU
Danışman: PROF. DR. A. FERİDUN ÖZGÜÇ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Isı-Akışkan Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Karbon dioksit = Carbon dioxide

Özet:
Soğutma sistemlerinde temel amaç soğuk bir ortamdan ısı çekmektir. Buhar sıkıştırmalı soğutma sistemlerindeki evaporatörlerde soğutulan ortamdan çekilen ısı yardımıyla devredeki soğutucu akışkan buharlaştırılır, kompresör aracılığı ile sıkıştırılır ve kondenser yardımıyla daha sıcak bir ortama ısı atılır. Kaskad soğutma sistemlerinde ise birden fazla kademe vardır. İki kademeli kaskad soğutma sisteminde düşük sıcaklık kademesinin kondenseri yüksek sıcaklık kademesinin evaporatörü olarak çalışmaktadır. Kaskad ısı değiştirici, düşük sıcaklık kademesinde dolaşan soğutucu akışkandan çektiği ısı yardımıyla yüksek sıcaklık kademesindeki soğutucu akışkanı buharlaştırırken, düşük sıcaklıktaki soğutucu akışkan ise yoğuşur. Bu tez çalışmasında düşük sıcaklık kademesinde karbondioksit kullanılan kaskad soğutma sistemleri tanıtılmış, kaskad soğutma devresi kurulumunda korozyon, karbondioksit sızıntısı, soğutma sisteminin durdurulması, devredeki karbondioksitin aşırı soğutma ve aşırı kızdırma işlemleri, soğutma sisteminde yağlama, buz çözme, kötü kokuların giderilmesi gibi göz önünde bulundurulması gereken önemli noktalara değinilmiştir. Karbondioksit sıcaklık, basınç, soğutma tesir katsayısı, kapasite gibi yönlerden diğer soğutucu akışkanlarla karşılaştırılmıştır. Önemli devre elemanları özellikler doğrudan genişlemeli ve taşırmalı evaporatörler anlatılmış, evaporatör tasarım parametreleri ve optimal devre kurulum şekillerine dikkat çekilmiştir. Soğutma sistemi kurulumundaki bazı kritik tasarım parametrelerine değinilmiştir. Termodinamik incelemede R404A CO2 kaskad soğutma sistemlerinde çeşitli yoğuşma ve buharlaşma sıcaklıkları için soğutma tesir katsayısı, verim, ısı değiştirici kapasiteleri, gerekli net kompresör güçleri ve devrelerde dolaşan akışkan debileri hesaplanmış ve çıkan sonuçlar irdelenmiştir.

Abstract:
The basic goal of refrigeration systems are to remove heat from a cold medium. In evaporators of vapour compression refrigeration systems refrigerant in the circuit is being evaporated with the help of the heat which is removed from the cold medium, then the refrigerant is being compressed and the heat is being transferred to the warm medium via condensers. There are multiple stages in cascade refrigeration systems. In a two-stage cascade refrigeration system the cascade heat exchanger is the evaporator of high temperature stage and the condenser of the low temperature stage. Cascade heat exchanger evaporates the high temperature refrigerant with the help of the heat which is rejected from the low temperature refrigerant as the low temperature refrigerant is being condensed. In this thesis cascade refrigeration systems which are using carbon dioxide as a refrigerant in low temperature level are introduced. Practical aspects in carbon dioxide refrigeration circuit installations such as corrosion, carbon dioxide leakage, system shut-down, superheating and subcooling operations, lubrication, defrost, and removing fouling are discussed. Carbon dioxide is compared with other refrigerants by means of temperature, pressure, COP of refrigeration, capacity and etc. Important system components especially direct expansion and flooded flow evaporators are covered. Some critical design parameters and optimal system installation methods are described. In thermodynamic analysis COP of refrigeration, efficiency, heat exchanger and compressor capacities, and mass flow rates are being calculated.