Düşük sıcaklıklı ısı enerjisiyle çalışan absorbsiyonlu soğutma sistemlerinde ısıl kompresörler

Abstract

TÜRKÇE ÖZETİ Yiyeceklerin saklanmasında, çeşitli endüstriyel proseslerde ve hacimlerin yaz aylarında iklimlendirilmesinde yoğun enerji tüketen soğutma sistemleri kullanılmaktadır..Bu ünitelerin en yaygın olanı çalıştırılması için elektrik enerjisi gibi pahalı ve değerli bir enerji türünün kullanıldığı buhar sıkıştırmalı soğutma sistemleridir. Fakat özellikle son yıllarda enerji fiyatlarındaki artış ve bu tür sistemlerde kullanılan soğutucu akışkanların çevre kirliliğine yol açmalarından dolayı buhar sıkıştırmak soğutma sistemlerinin yerini alabilecek yeni soğutma sistemleri üzerine araştırmalar yapılmaktadır.Yapılan bu çalışmalarda düşük sıcaklıklı ısı enerjisiyle çalıştırılabilen çok değişik soğutma sistemleri geliştirilmiştir..Bunlar absorbsiyonlu soğutma sistemleridir. Absorbsiyonlu soğutma sistemlerinde, farklı olarak kaynana ve absorberden meydana gelmiş bir ısıl kompresör bulunmaktadır.Uygun koşullarda soğutucu akışkanı soğurup üzerine ısı uygulandığı zaman bu özelliğini kaybederek soğutucu akışkanı salıveren kimyasal bir madde vasıtasıyla, buharlaştırıcıda buharlaşarak soğutma etkisi üreten soğutucu akışkan, ısıl kompresörde, eriyik içerisine yoğuşturulmakta ve daha sonra saf halde elde edilip tekrar buharlaşmaya hazır hale getirilmektedir.Bu yöntemle sistemin sürekli soğuk etkisi üretmesi sağlanmaktadır. Hareketli parça bulundurmaması nedeniyle sessiz çalışması ve 80 - 115°C sıcaklıkları mertebesinde bir ısı kaynağı yardımıyla tahrik edilebilmesi absorbsiyonlu soğutma sistemlerini buhar sıkıştırmalı sistemlere karşı güçlü bir alternatif yapmaktadır. Absorbsiyonlu soğutma sistemlerinin tahrik edilmesi için düşük sıcaklıklı ısı kaynağı olarak güneş enerjisi veya endüstriyel proseslerden çevreye bırakılan atık ısı kullanımı üzerine yoğun çalışmalar yapılmaktadır. Soğurma yükünün en fazla olduğu zamanlarda ortamdaki güneş enerjisi yoğunluğunun da o derece fazla olması ve güneş enerjisi ve atık ısı enerjilerinin maliyetlerinin düşük olması sistemleri avantajlı bir duruma getirmektedir. Sisteme ait verimliliklerin değerlendirilmesi için soğutma etkisi katsayısı,COP temel alındığında buhar sıkıştırmalı sistemlere nazaran çok düşük değerlerle karşılaşılmasına rağmen gerçek enerji oranı,PER kavramı açısından değerlendirildiğinde daha makul değerler elde edilmektedir. Bu çalışmada, öncelikle çeşitli soğutma yöntemleri ve absorbsiyonlu soğutma sistemleri hakkında bilgi i verildikten sonra absorbsiyonlu sistemin ısıl kompresörü ayrıntılı bir biçimde incelenmektedir. Temel olarak su-amonyak çalışma akışkanı çiftli bir sisteme ait ısıl kompresörün seçilmesi ise su-amonyaklı sistemin ısıl kompresöründeki olayların IİBr-su çalışma akışkanlı sistemin ısıl kompresöründeki olayları kapsaması ve ayrıca soğutucu akışkanın saflaştırılması için ilave işlemler içermesi nedeniyle daha karmaşık olmasındandır. Son iki bölümde ise güneş enerjili ve atık ısılı absorbsiyonlu soğutma sistemlerinin ısıl kompresörlerindeki farklılıklar açıklanmakta ve sistemlerin performansları genel olarak değerlendirilmektedir. Ayrıca çalışmanın bütününde absorbsiyonlu soğutma sistemlerine ait avantaj ve dezavantajların değerlendirilmesi uygulamada en yaygın kullanıma sahip buhar sıkıştırmalı soğutma sistemlerine karşı yapılmaktadır. xvii

ABSTRACT For preserving food, various industrial processes or comfort conditioning in the summer, conventional cooling systems use more energy. The most common type of these systems is vapor compression cooling system. In these kind of systems, electrical energy that is very valuable and expensive is used for stimulation. Since the increases in the cost of electricity in the last decades and environmental pollution caused by the refrigerants used in the vapor compression systems, many research have been carried out for new cooling systems which can replace with vapor compression cooling systems. These new cooling systems which can be driven by low temperature heat energy are absorption cooling systems. In the absorption cooling system, thermal compressor including absorber and generator is used instead of conventional one. So the process in the compressor is different The refrigerant mat generates cooling effect by vaporizing in the evaporator condenses into the solution in the thermal compressor by using an absorbent which absorbs the refrigerant in the suitable conditions. Then heat energy applies to the solution and refrigerant is obtained for vaporizing in the evaporator again. Therefore, the absorption system provides continuos cooling effect. System runs very silently since it does not include any moving parts and it can be driven by a heat sources whose temperatures are in 80 - 115°C range. These advantages make the system a good substitute versus the vapor compression cooling system. Many research have been carried out on the absorption cooling systems powered by solar energy and low temperature waste energy released from industrial processes. The much cooling effect is desired, the much solar energy is. Besides, the cost of the waste and solar energy is extremely low. Performance of the absorption cooling systems are comparable to the vapor compression systems' when evaluating primary energy amount, PER although coefficient of performance of the absorption cooling systems are much lower than the vapor compression systems'. In this study, necessary information about basic cooling methods and absorption cooling systems is given in first three chapters. Then thermal compressor of the absorption cooling system is analyzed thoroughly. In the analysis, thermal compressor of water-ammonia absorption cooling system was chosen as basis. Because, the processes in the thermal compressor of the water-ammonia absorption machine includes the process in the thermal compressor of the LiBr-water absorption machines. Moreover water-ammonia absorption machines are more complicated than IiBr-water absorption machines by reason of having more components for distilling the refrigerant. In the last two chapters, the differences of the thermal compressors of the absorption machines powered by solar energy and waste heat are discussed. And the performances of both system are evaluated generally. In addition, pros and cons of the absorption cooling systems in any part of the study are evaluated versus vapour compression cooling systems which are used commonly in practice. xvni