Emici ön soğutuculu absorpsiyonlu soğutma sistemi tasarımı ve tesisi

Abstract

ÖZET emici on SOGUTUCULU ABSORPSİYONLU soğutma SİSTEMİ TASARIMI VE TESİSİ Isıtma sistemlerinde genellikle birincil yakıtlar kullanılmasına rağmen, soğutma sistemlerinde çok daha pahalı olan elektrik enerjisi kullanılmaktadır. Türkiye güneş ve jeotermal gibi ucuz enerji kaynakları yönünden zengin bir coğrafyada bulunmaktadır. Ayrıca değerlendirilemeyen atık ısı miktarı da oldukça yüksektir. Bu nedenle, ülkemizde elektrik enerjisi yerine ısı kullanarak absorpsiyonlu soğutma sistemleri ile ekonomik soğutma sağlamak mümkündür. Soğutma gruplarının pahalı olması sebebiyle bu tip tesisler ülkemizde yaygın olmamasına rağmen, dünyada uygulama alam bulmaktadır. Ülkemizde bu teknoloji ile ilgili bilgi ve deneyiminin artması ile kullanımı yaygınlaşacaktır. Bu çalışmada, absorpsiyonlu soğutma esasına dayanan ve LiBr-su çiftinin kullanıldığı bir soğutma sistemi tasarlanarak imal edilmiştir. Üreteç, yoğuşturucu, buharlaştıncı, emici, pompa ve çözelti ısı değiştiricisinden oluşan sistem Türkiye'de tasarlanarak üretilmiş ve soğutma elde edilmiş ilk prototip özelliğini taşımaktadır. Literatürde rastlanmayan emici ön soğutucu uygulaması ilk defa çalışılmıştır. LiBr- su çiftinin kullanıldığı absorpsiyonlu soğutma sistemlerinde, plakalı ısı değiştiricilerin ön soğutucu olarak kullanılmasının sistem performansına etkisi incelenmiştir. Sistem çalışırken, sıcaklık, basmç ve debi değerleri sistemden sürekli alınarak zamana göre değişimi incelenmiştir. LiBr-su çiftinin kullanıldığı bir soğutma sistemi tasarımından imaline kadar geçen sürede çok önemli deneyimler kazanılmıştır. Özgün bir çalışma yapılarak, farklı uygulamalara çalışma imkanı verecek modüler tasarımlı bir sistem tesis edilmiştir. Bu sistemde ısı değiştiricileri sistemden alarak farklı yapıda yenilerini entegre etmek mümkündür. Ayrıca kurulan sistemden verileri toplamak üzere çokgeniş kapsamlı bir veri toplama sistemi oluşturulmuştur. Bunlara ilave olarak lineer olmayan denklem takımlarını çözebilen bir bilgisayar yazılımı kullanılarak sistem modellenmiş ve değişik girdilere göre çözümlerin alındığı bir kullanıcı ara yüzü hazırlanmıştır. Kurulan deney düzeneğinde kullanılan ısı değiştiricilerin toplam ısı geçiş katsayısı yoğuşturucu için 0.15 kW/m2K, buharlaştıncı için 0.61 kW/m2K ve emici için 0.15 kW/m2-K olarak bulunmuştur. Büyük ısı değiştirme alanına sahip tek bir çözelti ısı değiştiricisi kullanmak yerine, toplam olarak aynı ısı değiştirme alanına sahip küçük kapasiteli iki ayrı ısı değiştiricisi (çözelti ısı değiştirici ve emici ön soğutucu) kullanımrnm daha anlamlı olduğu ortaya konmuştur. Ön soğutucu olarak kullanılabilecek kabuk-boru tipi ısı değiştiricilerilerle plakalı ısı değiştiriciler karşılaştırılmış ve plakalı ısı değiştiricilerin maliyet olarak 10 kat, ısı değiştirme alam olarak 12.6 kat daha avantajlı olduğu sonucuna varılmıştır. Ön soğutucu kullanımı, ön soğutucusuz sisteme göre emici boyutlarında %6 küçülme sağlamaktadır. Ön soğutucum sistemin soğutma tesir katsayısında ve buharlaştıncı yükünde belirgin bir artış elde edilmiştir. EÖS'ya, emici soğutma suyu debisinin sadece %20'si kadar bir debi ile soğutma suyu beslenmesinin yeterli olduğu anlaşılmıştır. Bu çalışmayla modüler çalışan LiBr-su çiftinin kullanıldığı kombine bir soğutma sistemi kazanılmıştır. İmalinde ve çalıştırılması aşamasında ülkemiz için önemli bir deneyim kazanılmıştır. Sistemin çalıştırılmasında ön soğutucu uygulaması ile emici boyutlarının ve maliyetinin düşürülebileceği ortaya konmuştur. Böylece literatüre katkı sağlanmıştır. Eylül 2003 Cengiz GUNGOR vı

ABSTRACT DESIGN AND ESTABLISHMENT OF AN ABSORPTION COOLING SYSTEM WITH A PRE-COOLED ABSORBER Primary fuels are generally used in heating systems, whereas electrical energy, which is more expensive, is used in cooling systems. Turkey has an ideal geographic position in terms of inexpensive energy sources such as solar and geothermal. Besides, there is huge waste heat sources in our country. Therefore, it is possible to have economic space cooling by absorption cooling systems as they use heat instead of electricity. Although these systems are not commonly used in our country yet due to their high costs, they are widely used all over the world. With the accumulation of knowledge and experience in our country, it will be widely used in the future. In this study, an absorption cooling system running with LiBr-water solution was designed and established. This system which has generator, condenser, evaporator, absorber, pump and economizer, is the only and the first functional absorption prototype designed and established in Turkey. Besides, the use of pre- cooler in absorption cooling was the first time investigated. The use of plate heat exchangers as pre-cooler in LiBr-water absorption cooling system was studied in detail to understand its effect on the performance of the system. While system was running, temperature, pressure and flow rate values were recorded to investigate the changes according to time. Starting from design stage till to the end of establishment of LiBr-water absorption cooling system, several valuable experiences were gained. By the execution of this unique study, a modular absorption system was designed to enable the different applications in the same system. Both removing old modules and integration of the new different modules are possible in this system. In addition to this, very complicated data acquisition system was built to collect data from running vnsystem. Furthermore, a user friendly interface was prepared to enable the calculation with different entries by using a software solving of non-linear equations with the established mathematic model. The following overall heat transfer coefficients were found; 0.15 kW/m2-K for condenser, 0.61 kW/m2K for evaporator and 0.15 kW/m2K for absorber. It is found that, the use of two small heat exchangers (economizer and absorber pre-cooler) is more appropriate than the use of a large heat exchanger with an heat transfer area equal to the total of the small ones. The use of shell and tube heat exchangers as absorber pre-cooler was compared with plate heat exchangers and it was found that plate heat exchangers are 10 times cheaper and have 12.6 times smaller heat transfer area. The use of absorber pre-cooler, reduces absorber size by 6% compared with no pre-cooler. COP and evaporator load clearly increased when absorber pre-cooler was used. A flow rate which as small as 20% that of absorber cooling water is sufficient for the pre-cooler. As a result of this study, a combine modular LiBr-water absorption cooling system was established. During the design and establishment stages, several valuable experiences were gained. It was found that, the required heat transfer areas and the cost of absorber could be reduced by the use of plate heat exchangers as a pre-cooler. Thus, the use of pre-cooler in LiBr-water absorption cooling system as an innovation was introduced to the literature. September 2003 Cengiz GUNGOR Vlll