Gaz tahrikli ısı pompalı bir kurutma sisteminin ileri ekserji ve eksergoekonomik analiz yöntemleri kullanılarak performansının değerlendirilmesi
Performance assessment of a gas engine driven heat pump dryer system using advanced exergy and exergoeconomic analysis
Yazar: AYŞEGÜL GÜNGÖR ÇELİK
Danışman: DOÇ. DR. HÜSEYİN GÜNERHAN ; PROF. DR. ARİF HEPBAŞLI
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Geleneksel ekserji temelli analiz yöntemleri enerji dönüşüm sistemlerinin performans değerlendirilmesinde kullanılmaktadır. Geleneksel ekserji analizi ile bir sistemde oluşan tersinmezliklerin (ekserji yıkımı), yerleri ve büyüklükleri ile maliyete ve çevreye verdiği etkiler belirlenebilir ve sistem için genel bir iyileştirme önerilebilir. Fakat geleneksel yöntemler ile tersinmezliklerin sistem komponentleri ile (iç kaynaklı/dış kaynaklı) veya teknolojik kısıtlarla (önlenebilir/önlenemez) olan ilişkisi ortaya konamadığı için sistemin gerçek iyileştirme potansiyeli belirlenemez ve yanlış optimizasyon önerileri uygulanabilir. Bu eksiklikleri ortadan kaldırmak için, ileri ekserji temelli analiz yönemleri geliştirilmiştir.
Doktora tezinde, gaz motoru tahrikli ısı pompalı kurutma sisteminin performansı, ileri ekserji ve ileri eksergoekonomik analiz yöntemleri kullanılarak değerlendirilmiştir.
Her bir sistem bileşeni için önlenebilir/önlenemez ve iç kaynaklı/dış kaynaklı ekserji yıkımları, modifiye ekserji verimliliği ve modifiye ekserji yıkım oranları belirlenmiştir. İleri ekserji analiz sonuçlarına göre; kompresör, evaporatör ve kurutma kabini dışında geri kalan sistem bileşenlerinin ekserji yıkımlarının büyük bir kısmı önlenebilir olarak hesaplanmıştır. Bu önlenebilir kısımların tasarımda yapılacak olan yapısal iyileştirmeler ile azaltılabileceği görülmüştür. Özellikle kompresör ve çift borulu ısı değiştiricisinde meydana gelen ekserji yıkımlarının, bileşenlerin kendi çalışma koşullarından ileri geldiği saptanmıştır. 
Diğer taraftan kondenser verimliliğinin arttırılması geri kalan sistem bileşenlerinin geliştirilmesi veya tüm sistemde genel olarak yapısal iyileştirmeler ile mümkün olabileceği söylenebilir. Isı pompası ünitesi ve tüm kurutma sisteminin ekserji verimliliği sırasıyla, %82,51-85,11 ve %79,71-81,66 arasında değişirken, modifiye ekserji verimliliği %85,70-89,26 ve %84,50-86,00 arasında hesaplanmıştır.
İleri eksergoekonomik analiz sonuçları tüm sistem bileşenleri için önlenebilir ekserji yıkım akımı maliyetlerinin önlenemez kısımdan daha yüksek olduğu görülmüştür. Toplam önlenebilir maliyet değerlerine göre sistemdeki başlıca bileşenler; sırasıyla,  kurutma kanalları, kondenser ve genleşme vanası olarak alınmıştır. Kondenserde meydana gelen tersinmezliklerin, geri kalan bileşenlerde yapılabilecek olan yapısal iyileştirmeler ile azaltılabileceği söylenebilir. Sistem bileşenlerinde yapılacak olan yapısal değişimlerin toplam maliyet üzerinde önemli bir etkiye sahip olacağı saptanmıştır.
 Anahtar sözcükler: Gaz motoru tahrikli ısı pompası, ekserj analizi, eksergoekonomik analiz, ileri ekserji analizi, ileri eksergoeknomik analiz.

Abstract:
Conventional exergy based analysis methods are used for evaulating the performance of the energy conversation systems. With conventional exergy based analyses, the locations, magnitudes and causes of irreversibilities (exergy destructions), costs and environmental impacts are identified, and a general direction for improvement is indicated. However, none of the conventional analyses are able to reveal interactions among system components (endogenous/exogenous) or present technical limitations (avoidable/unavoidable). Hence, the real potential for improvement and optimization strategies can be misguided. Advanced exergy based analyses attempt to address this shortcoming.
In this thesis, a gas engine driven heat pump dryer system was evaulated using both advanced exergy and advanced exergoeconomic analysis methods. For each system component, avoidable/unavoidable and endogenous/exogenous exergy destructions, modified exergy efficiency values and modified exergy destruction ratios were determined. Advanced exergy analysis shows that except for the compressor, the evaporator and the drying cabinet, most of the exergy destructions in the system components were avoidable and these avoidable parts can be reduced by design improvements. 
The results indicated that inefficiencies within the compressor and the double-pipe heat exchanger are mainly due to the internal operating conditions while the efficiency of the condenser could be improved by structural improvements of the whole system and the remaining system components. 
For the heat pump unit and the overall drying system, the values for exergy efficiency were obtained to be in the range of 82.51–85.11% and 79.71-81.66% while those for the modified exergy efficiency were calculated to be in the range of 85.70–89.26% and 84.50-86.00%, respectively. 
The advanced exergoeconomic analysis shows that the unavoidable part of the exergy destruction cost rate within the components of the system is lower than the avoidable part.  The most important components based on the total avoidable costs are drying ducts, the condenser and the expansion valve. The inefficiencies within the condenser could particularly be improved by structural improvements of the whole system and the remaining system components. Finally, it may be concluded that the internal design changes play a more essential role in determining the cost of each component.
Keyword: Gas engine heat pump, exergy analysis, exergoeconomic analysis, advanced exergy analysis, advanced exergoeconomic analysis.