Transkritik Co2 soğutkanlı bir ısı pompasının teorik ve deneysel incelenmesi
Theoretical and experimental investigation of a transcritic Co2 refrigerated heat pump
Yazar: AHMET ELBİR
Danışman: PROF. DR. HİLMİ CENK BAYRAKÇI
Isparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Bu çalışmada, transkritik CO2 soğutucu akışkanlı tek kademeli ısı pompası sisteminin sudan suya ısı aktarımının, farklı çalışma basınçlarında çalışan beş farklı kılcal borunun deney sistemi kurulan bir sistemin farklı tip kılcal borularla ve bunlara karşılık gelen termodinamik durumları incelenmiştir. Sistem üzerinde ölçümü yapılan (basınç, sıcaklık, debi ve güç) değerler resimler ve tablolar halinde sunulmuştur. Elde edilen veriler; Engineering Equation Solver (EES) ve Excel bilgisayar programları ile hesaplanıp grafikler ve tablolar halinde sunulmuştur.
Tek kademeli transkritik olarak çalışan ve farklı kılcal boru çap ve uzunluklarında sistemin deney sonuçlarının termodinamik kurallara göre nasıl değişeceği ve hangi unsurlarla değişim göstereceği grafiklerle sunulmuştur.  Kılcal boru uzunluğunun artması, evaporatör basıncının azalmasına, kompresör güç tüketimin artmasına neden olmakta olduğu, sistem performansının azalmasına sebep olurken, çapın belirli bir oranda genişlemesi, kompresör gücünün azalmasına neden olduğu ve bunun da sistem performansını olumlu yönde arttırdığı görülmüştür. Ayrıca yapılan deneylerde, gaz soğutucu soğutma suyunun azalması, kompresör çıkış sıcaklığının ve gaz soğutucu basıncının artmasına neden olurken; gaz soğutucu çıkış sıcaklığını da arttıran en önemli etkendir. Bu durum sonucunda sistem performansı olumsuz etkilenmektedir. Soğutucu akışkan miktarı kompresördeki güç tüketimi arttırdığı gibi toplam ekserji kaybını da arttırmaktadır. Gaz soğutucu çıkış sıcaklığının artmasının ısıtma katsayısı (COPıstm) ve soğutma performans katsayısı (COPstm) değerlerini azalttığı görülmekte, ayrıca toplam ekserji kaybında bir değişikliğe sebep olmadığı sonucuna ulaşılmıştır.
Yapılan deney sonuçlarında ikinci kısım kılcal borunun 100 bar gaz soğutucu ve 50.8 bar evaporatör basıncı arasında çalışması ile kompresörün izentropik verimin %58 çıkması bizim için en iyi çalışma koşulu olmuştur.

Abstract:
In this study, the heat transfer of a transcritical CO2 refrigerant single-stage heat pump system from water to water, five different capillary tubes operating at different operating pressures, and the corresponding thermodynamic conditions of a system with different types of capillary tubes were investigated. The values measured (pressure, temperature, flow rate and power) on the system were presented in pictures and tables. The data obtained was calculated with Engineering Equation Solver (EES) and Excel computer programs and presented in graphs and tables.
How the test results of the system, which operates as a single-stage transcritical and with different capillary tube diameters and lengths, will change according to thermodynamic rules and with which elements will change are presented with graphics. It has been observed that the increase in the length of the capillary tube causes the evaporator pressure to decrease, the compressor power consumption to increase, the system performance to decrease, while the expansion of the diameter at a certain rate causes the compressor power to decrease and this increases the system performance positively. In addition, while the decrease in the gas cooler cooling water causes the compressor outlet temperature and gas cooler pressure to increase; It is the most important factor that increases the gas cooler outlet temperature. As a result, system performance is adversely affected. The amount of refrigerant increases the power consumption in the compressor as well as the total exergy loss. It is seen that the increase in the gas cooler outlet temperature decreases the heating coefficient (COPıstm) and cooling performance coefficient (COPstm) values, and it is concluded that it does not cause a change in the total exergy loss.
In the results of the experiments, the best working condition for us was that the second part capillary tube operated between 100 bar gas cooler and 50.8 bar evaporator pressure and 58% isentropic efficiency of the compressor.