Aşırı düşük sıcaklığa soğutma teknikleri ve karşılaştırılması
Cryogenic cooling methods and comparison
Yazar: YAVUZ OLKAY
Danışman: PROF. DR. ÖMER ÖZYURT
Bolu Abant İzzet Baysal Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Düşük sıcaklık = Low temprature ; Kriyojenik yöntem = Cryogenic method ; Soğutma = Cooling ; Stirling soğutucusu = Stirling coolers

Özet:
Aşırı düşük sıcaklıklara soğutma teknikleri şeklinde ifade ettiğimiz kriyojenik soğutma teknikleri, önceleri deneysel olarak ortaya çıkan ve zamanla önemli bir hale gelmekte olan tekniklerdir. Kriyojenik soğutma teknikleri içinde kriyosoğutucular ve 1 K'in altına soğutma yapan Kelvin-altı soğutma teknikleri bulunmadır. Kelvin-altı soğutma sistemleri, deneysel ve pahalı sistemlerdir. Tez kapsamında detaylandırılacak başlık olan kriyosoğutucular ise değişik kapasitelere sahip, değişik kriyojenik sıcaklık aralıklarına soğutma yapan sistemlerdir ve genel itibariyle reküperatifler ve rejeneratifler olarak iki ana grupta incelemek yerinde olacaktır. Bu bağlamda literatür çalışması ve araştırmalarla elde ettiğim bilgilerle birlikte görünen tablo şudur ki bu sektörde belli ülkelerde küresel büyük şirketler pazarda hakimiyete sahip olmakla birlikte, diğer ülkelerde de yerel, küçük çaplı kriyosoğutucu işleri ile uğraşan firmalar mevcuttur. Ülkemizde de kriyojenik soğutma sistemleri üzerine faaliyet gösteren üç tane firma söz konusudur. Kriyosoğutucu seçimi yaparken göz önünde bulundurulması gereken bazı hususlar vardır. Örneğin; reküperatif kriyosoğutucular (özellikle Claude ve J-T) daha çok tesislerde, büyük sistemlerle entegre vaziyette kullanıma sahiptir. Rejeneratif kriyosoğutucular ise genel kullanım ve laboratuvar çalışmaları açısından değerlendirilmektedir. GM ve Stirling kriyosoğutucular genel kullanımda yagın tercih edilen kriyosoğutuculardır. PTC ise laboratuvarlarda kullanım açısından tercih edilen kriyosoğutuculardır. Reküperatif kriyosoğutuculardan Brayton da genel kullanım için uygundur. Kriyojenik soğutma yapılacak koşullar göz önüne alınarak kriyosoğutucu seçimi için kriterler belirlemek önemlidir. Bu kriterler kriyojenik soğutma sisteminden beklentilere göre şekillenebilir. Örneğin; deneysel bir çalışmada düşük titreşim önemlidir, o zaman düşük titreşim değerine sahip kriyojenik sistem olan darbe tüplü kriyosoğutucular tercih edilecek ilk seçenek olabilir. 1 K altı sıcaklıklarda soğutma üzerine deneyler mi yapılacak, o zaman Kelvin-altı soğutma sistemler arasından bir seçim yapılabilir. Kriyojenik soğutma sistemleri ülkemiz için, üzerine odaklanmanın faydalı olacağı bir alan olarak nitelendirilebilir.

Abstract:
Cryogenic cooling techniques, which we refer to as cooling techniques to extremely low temperatures, are techniques that emerged experimentally and become important over time. Cryogenic cooling techniques include cryocoolers and sub-Kelvin cooling techniques that cool below 1 K. Sub-Kelvin cooling systems are experimental and expensive systems. Cryocoolers, which are the title to be detailed within the scope of the thesis, are systems with different capacities and cooling to different cryogenic temperature ranges, and it would be appropriate to examine them in two main groups as recuperatives and regeneratives in general. In this context, the picture that appears together with the information I have obtained through literature study and research is that in this sector, while global large companies have dominance in the market in certain countries, there are companies dealing with local small-scale cryocooler businesses in other countries. There are three companies operating on cryogenic cooling systems in our country. There are some issues to consider when choosing a cryocooler. For instance, recuperative cryocoolers (especially Claude and J-T) are mostly used in facilities, integrated with large systems. Regenerative cryocoolers are evaluated in terms of general use and laboratory studies. GM and Stirling cryocoolers are the most preferred cryocoolers in general use. PTC, on the other hand, are the preferred cryocoolers for use in laboratories. Brayton, one of the recuperative cryocoolers, is also suitable for general use. It is important to determine criteria for the selection of cryocoolers, taking into account the conditions for cryogenic cooling. These criteria can be shaped according to the expectations from the cryogenic cooling system. E.g; low vibration is important in an experimental study, then pulse tube cryocoolers, which are cryogenic systems with low vibration values, may be the first choice. Whether experiments will be carried out on cooling at temperatures below 1 K, then a choice can be made among sub-Kelvin cooling systems. Cryogenic cooling systems can be characterized as an area where it would be beneficial to concentrate on for our country.