Sabit ve değişken kapasiteli kompresörler kullanan bir otomobill iklimlendirme sisteminin soğutucu akışkan şarjına bağlı olarak deneysel performansı

Abstract

Bu çalışmada, orijinal otomobil klima sisteminin parçalarından oluşturulan ve soğutucu akışkan olarak R134a kullanan deneysel bir otomobil kliması sistemi laboratuar ortamında kurularak çeşitli mekanik ve elektriksel ölçüm cihazlarıyla donatılmıştır. Sistemin soğutma çevrimi, sabit ve değişken kapasiteli yalpalı plakalı kompresörler ile lamine tip evaporatör, paralel akımlı-mikro kanallı kondenser, sıvı tankı ve TXV den oluşmaktadır. Sistemin bütün parçaları aynı kalmak şartıyla sadece kompresör tipi değiştirilerek her kompresör tipi için farklı soğutucu akışkan şarjı için değişen farklı koşullar altında sistem test edilerek deneysel veriler elde edilmiştir. Deneysel verilere enerji ve ekserji analizleri uygulanarak çeşitli performans parametreleri belirlenmiş ve grafikler halinde karşılaştırmalı olarak sunulmuştur. Deneyler sonucunda soğutucu akışkan şarj miktarı, kompresör devri, kondenser girişindeki hava akımı sıcaklığı ve soğutma yükü değerleri artıkça kompresörün çekmiş olduğu güç miktarının arttığı görülmüştür. Sabit kapasiteli kompresör kullanılan deneylerde kompresörün çekmiş olduğu güç miktarındaki artış oranının, değişken kapasiteliye göre daha fazla olduğu görülmüştür. Artan kompresör devriyle soğutma tesir katsayısı düşmekte ve soğutma çevrimi bileşenlerinde yok edilen ekserji miktarı artmaktadır. Artan kondenser hava akımı giriş sıcaklıklarında ve soğutma yüklerinde, kompresör gücünün artması nedeniyle STK düşmekte ve soğutma çevrimi bileşenlerinde yok edilen ekserji artmaktadır. Kompresör devri artıkça, her iki kompresör tipinde de kondenserden atılan ısı miktarı artmaktadır. Ancak, sabit kapasiteli kompresör kullanıldığı durumda kondenserden atılan ısının miktarı ve bu ısının devir ile artış oranı, değişken kapasiteli kompresör kullanılması durumunda elde edilen değerlerden daha fazladır. Değişken kapasiteli kompresörün kapasite kontrol sistemi, evaporatöre giren hava akımının sıcaklığının düşmesi ya da kompresör devrinin artması sonucu devreye girmekte ve performans parametrelerini etkilemektedir.

In this study, an experimental automobile air conditioning (AAC) system consisting of the components of an original R134a AAC system has been set up in the laboratory, and equipped with various instruments for performing mechanical and electrical measurements. The refrigeration circuit of the system has a fixed capacity compressor (FCC), a variable capacity compressor (VCC), a laminated type evaporator, a micro-channel condenser, a liquid receiver/filter/drier and a thermostatic expansion valve. The system has been tested for two different refrigerant charges with each compressor case by varying input conditions. Then, by applying energy and exergy analyses to the system using experimental data, the values of various performance parameters have been determined and presented in comparative graphics. The experiments show that the compressor power increases on rising the refrigerant charge, compressor speed, temperature of the air stream entering the condenser and cooling load. It is seen that the rate of increase in the compressor power of the fixed capacity compressor is higher than that of the variable capacity compressor. It is observed that the coefficient of performance (COP) decreases and the rate of exergy destruction in the components of the refrigeration circuit increases with rising compressor speed. As a result of increasing compressor power with rising air temperature at the condenser inlet and with rising cooling load, the COP decreases and the rate of exergy destruction in the components of the refrigeration circuit increases. The rate of heat rejected at the condenser gets higher on increasing the compressor speed for both compressor operations. However, the amount of condenser heat rejection in the operation with fixed capacity compressor and its rate of increase with the compressor speed are higher than those in the operation with variable capacity compressor. It is observed that the capacity control system of the variable capacity compressor intervenes the operation of the system when the air temperature entering the evaporator is sufficiently low or the compressor speed is sufficiently high, thus affecting the performance parameters of the system.