Isı enerjisi kullanarak soğutucu akışkanların sıkıştırılmasını sağlayacak bir kompresörün tasarımı, imalatı ve test edilmesi
The design, construction and performance tests of a compressor providing compression the refrigerants by using heat energy
Yazar: HALİL İBRAHİM VARİYENLİ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. MUSA GALİP ÖZKAYA
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2008
Konu: Teknik Eğitim = Technical Education
Dizin: Soğutma = Cooling ; Soğutucu akışkanlar = Refrigerants ; Stirling soğutucusu = Stirling coolers

Özet:
Bu çalışmada, ısı enerjisi kullanarak soğutucu akışkanların sıkıştırılmasını sağlayacak bir kompresör tasarlandı, imal edildi ve buhar sıkıştırmalı soğutma sisteminde performans deneyleri yapılmıştır. Sistemde R-12 ve R-134a soğutucu akışkanları kullanılmıştır. Kompresöre elektrik motoruyla hareket verirken rejeneratör borusu üzerindeki vanaların açık ve kapalı olduğu durumda deneyler yapılmıştır. Ayrıca kompresöre elektrik motoruyla hareket verilirken aynı anda sıcak silindiri dışarıdan ısıtarak soğutucu akışkanların ısı enerjisine ve kompresör performansına etkisini araştırmak amacıyla deneyler yapılmıştır. Elektrik motoruyla yapılan deneylerde; en iyi performans rejeneratör devresi üzerindeki vanaların kapalı olduğu durumda, R-134a soğutucu akışkanıyla kompresör devri 464,3 d/d, kondenser sıcaklığı 56 oC, evaporatör sıcaklığı -18,45 ºC ve COP ise 2,12 olarak belirlenmiştir. Kompresöre elektrik motoruyla hareket verilirken aynı anda sıcak silindiri dışarıdan ısıtarak yapılan deneylerde, sıcak silindir 600 oC'ye kadar ısıtılmış ve sıcak silindirdeki akışkan sıcaklığı 260 °C'ye ulaştığında R-12 ve R-134a soğutucu akışkanları benzer davranışlar göstermiş ve R-12 soğutucu akışkanı ile en düşük evaporatör sıcaklığı -12,9 °C ölçülmüş fakat soğutucu akışkan sıcaklığı 260 °C'yi geçince sıcaklıkta ani yükselme gözlenmiştir. R-134a soğutucu akışkanı ile en düşük evaporatör sıcaklığı -14,6 °C ölçülmüş ve soğutucu akışkan sıcaklığı 260 °C'yi geçince evaporatör sıcaklığında ani bir yükselme gözlenmiştir. Tüm deneylerde kompresör devri ölçülmüş ve karşılaştırması yapılmıştır. Yapılan karşılaştırma sonunda; kompresöre elektrik motoruyla hareket verilirken sıcak silindiri dışarıdan ısıtarak yapılan deneyde, elektrik motouyla vanalar açık yapılan deneylere göre kompresör devrinde R-12 soğutucu akışkanı ile 13,7 d/d, R-134a soğutucu akışkanı ile 18,2 d/d artış olmuştur. Deneyler yapılırken çok fonksiyonlu dijital elektrik sayacıyla her bir deneyin enerji tüketimi incelenmiştir. Yapılan inceleme sonunda, elektrik motoruyla kompresöre hareket verilirken sıcak silindiri dışarıdan ısıtarak tahrik edilen deneylerde, elektrik motoruyla vanalar açık yapılan deneylere göre kompresörün tükettiği elektrik enerji miktarında R-12 soğutucu akışkanı ile % 5,6 ve R-134a soğutucu akışkanı ile % 7,8'lik düşüş sağlanmıştır. Elektrik enerjisi tüketimini buzdolabına göre karşılaştırdığımızda; kompresöre elektrik motoruyla hareket verilirken sıcak silindiri dışarıdan ısıtarak yapılan deneylerde tüketilen elektrik enerjisi, buzdolabına göre 8,53 kat fazla elektrik enerjisi tükettiği hesaplanmıştır. Split klimalara göre karşılaştırdığımızda; R-134a soğutucu akışkanla ısı enerjisi kullanarak yapılan deneylerde kompresörün tüketmiş olduğu elektrik enerjisi sarfiyatı, split klimanın tüketmiş olduğu elektrik sarfiyatına göre % 39 daha az olduğu hesaplanmıştır.

Abstract:
In this work a compressor is designed and manufactured to compress the refrigerant fluids by using heat energy and also performance tests are done for the vapor compressesed refrigerant systems. In the system R-12 and R-14 refrigerant fluids are used. The experiments are done for the opened and closed cases of the valves of the regenerator pipe, while actuating the compressor with an electric motor. Additionally to understand the effects of the refrigerant fluids to the heat energy and compressor performance, experiments are performed by heating the hot cylinder from the outside while actuating the compressor with the electric motor. From the experiments done by the electric motor, the maximum performance is determined for the case when the valves of the regenerator circuit are closed. At this condition the compressor revolution is 464,3 rpm, the condenser temperature is 56 °C , the evaporator temperature is -18,45 °C and the COP is determined as 2,12. From the experiments performed by heating the hot cylinder from the outside while actuating the compressor with the electric motor, it is observed that the refrigerant fluids R-12 and R-134a show similar property when the hot cylinder is heated up to 600 °C and the fluid inside the cylinder reaches 260 °C. At this state the minimum evaporator temperature with R-12 as refrigerant gas is measured as -12,9 °C but an abrupt increase is observed when the temperature of the refrigerant gases exceeds 260 °C. The minimum evaporator temperature with R-134a as refrigerant fluid is measured as 14,6 °C and an abrupt increase is observed when the temperature of the refrigerant fluids exceeds 260 °C. In all experiments compressor revolution is measured and comparisons are made. As a result of the comparisons it is seen that in the experiments performed by heating the hot cylinder from the outside while actuating the compressor, the compressor revolution with R-12 refrigerant fluid is increased 13,7 rpm than the experiments done by the electric motor while the valves are open. This is increase is 18,2 rpm for the case when R-134a is used as the refrigerant fluid. While performing the tests the energy consumption of each experiment is measured with multi functional digital electrical meters. At the end of the observations it is seen that the energy consumption of the compressor is decreased in the experiments performed by heating the hot cylinder from the outside while actuating the compressor according to the experiments done by the electric motor while the valves are open. The decrease is 5,6 % when R-12 is used as refrigerant fluid and 7,8 % when R-134a is used as refrigerant fluids. When the electrical energy consumption is compared with the refrigerator it is calculated that the energy consumption of the experiment performed by heating the hot cylinder from the outside while actuating the compressor is 8,53 times greater then the energy consumption of the refrigerator. When compared with the split type air conditioners the electrical energy consumption of the compressor used in the experiments that are using the heat energy and R-134a as refrigerant fluids, the electrical energy consumption is calculated to be 39 % lower then the split type air conditioners.