Isı kaynağı olarak çevre havası, motor soğutma suyu ve egzoz gazı kullanabilen R134a soğutucu akışkanlı otomobil ısı pompasının performansının deneysel analizi
Experimental performance analysis of an R134a automobile heat pump driven by diesel engine and using ambient air, engine coolant and exhaust gas as heat sources
Yazar: MEHMET DİREK
Danışman: DOÇ. DR. MURAT HOŞÖZ
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Teknik Eğitim = Technical Education
Dizin: Isı pompası = Heat pump ; Otomotiv = Automotive ; Soğutma = Cooling ; Taşıtlar = Vehicles ; İklimlendirme = Air conditioning

Özet:
Bu çalışmada ısı kaynağı olarak çevre havası, motor soğutma suyu ve egzoz gazları kullanılabilen R134a soğutucu akışkanlı ve dizel motor tahrikli deneysel otomobil ısı pompası sisteminin performans analizi gerçekleştirilmiştir. Ayrıca ısı pompası sisteminin performansı, motor soğutma suyu ısısını kullanan kalorifer sisteminin performansı ile karşılaştırılmış, sistemin soğutma durumundaki performansı da verilmiştir. Deney sonuçlarına göre sisteme enerji ve ekserji analizleri uygulanarak, her ısı kaynağı durumu için ısı pompası sistemiyle kaloriferli sistemin ve onu çalıştıran dizel motorun performans parametreleri ve bazı deneylerde egzoz emisyon değerleri belirlenmiş ve birbirleri ile karşılaştırılmıştır. Deneysel veriler kullanılarak ısı pompası sisteminin ısıtma kapasitesi, kompresörde soğutucu akışkana verilen güç, ısıtma tesir katsayısı ve yok edilen ekserjiler, ayrıca ısı pompası kullanımının özgül yakıt tüketimi etkisi, motor devri ile iç ve dış ünite girişindeki hava akımı sıcaklıklarının fonksiyonu olarak belirlenmiş ve grafikler halinde sunulmuştur. Testlerden bazılarında iç ünite çıkışından elde edilen hava akımı yolcu kabinine gönderilerek, hem kabin içindeki değişik noktalarda hava sıcaklığının zaman içindeki değişimi ölçümler yapılarak belirlenmiş hem de ısı pompası ve dizel motoru performans parametreleri hava akımının araç içine gönderilmesi durumu için bulunmuştur. Elde edilen sonuçlara göre tüm devir ve yüklerde 5 dakikalık çalışma sonunda en yüksek iç ünite hava çıkış sıcaklıklarını sulu IP istemi sağlamıştır. Değişen yük şartlarına göre IP kullanımının özgül yakıt tüketimini % 5 - 54 arasında arttırdığı görülmüştür. Isı pompası sisteminden, motor soğutma suyu gerekli sıcaklığa yükselip kalorifer sistemi tek başına yeterli olduğu ana kadar faydalanılarak, kabin içinde ısıl konfor sağlanana kadar geçen süreyi kısaltmanın mümkün olabileceği görülmüştür.

Abstract:
This study presents the performance analysis of an experimental R134a automotive heat pump (AHP) system driven by a diesel engine and utilizing the heat absorbed from the ambient air, engine coolant or exhaust gas. Besides that, the performance of the AHP system was compared with that of the baseline heating system, and the performance of system in the cooling mode was also presented. The performance of the AHP system for each heat source were evaluated by applying energy and exergy analyses to the system based on experimental data, and then compared with the performance of the system using other heat sources and with the performance of the baseline heating system. The performance parameters such as air temperature at the indoor coil outlet, heating capacity, coefficient of performance, increase in brake specific fuel consumption as function of the compressor speed, engine load and air temperatures at the inlets of the indoor and outdoor coils were presented graphically. In some tests, the supply air leaving the indoor coil was sent to the passenger compartment through a flexible air duct. Then, the compartment temperatures at different locations were measured and the performance parameters of the AHP system and the diesel engine were obtained for this case. The results show that the AHP system using engine coolant provided highest air temperatures at the outlet of the indoor coil in the first five minutes of the tests, which were performed at various speeds and engine loads. The AHP system causes an increase in brake specific fuel consumption (BSFC) within the range of 4-54 at various engine loads. It was determined that the AHP system can be utilized to heat the passenger compartment until the coolant temperature rises to sufficiently high values, thus shortening the time interval in which the thermal comfort is obtained.