Otomobil ısı pompasının deneysel ve teorik analizi

Abstract

Bu çalışmada, Kocaeli Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Makine Eğitimi Otomotiv Laboratuarında kurulan otomobil ısı pompası / klimasının deneysel ve teorik analizi gerçekleştirilmiştir. Otomobil klimasında bulunan soğutma çevriminin kış şartlarında ters yönde çalıştırılarak ısı pompası görevi yapması ve aracın içine gönderilen havanın, kışın ters çalışma nedeniyle kondenser haline gelmiş ısı değiştiricisinden geçerken ısınması sağlanmıştır. Otomobil ısı pompası / kliması test ünitesinde deneysel çalışmalar, yaz ve kış çalışma durumları için farklı kompresör devirlerinde ve evaporator sıcaklıklarında gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmalar tamamlandıktan sonra, deney sistemine enerji ve ekserji analizleri uygulanmıştır. Deney sisteminin soğutma kapasitesi, ısıtma kapasitesi, soğutma tesir katsayısı, kompresör gücü, soğutucu akışkan debisi v.b. performans parametrelerine buharlaşma sıcaklığı ve kompresör devrinin etkisi, grafikler ile sunulmuştur. Artan evaporator sıcaklıklarında, sistem iç ünitesinde oluşan ısıtma ve soğutma kapasiteleri ile yaz durumunda sistem soğutma tesir katsayısı (STK), kış durumu için ise sistem ısıtma tesir katsayısı (ITK) değerlerinin yükseldiği gözlenmiştir. Kompresör devrinin artmasıyla, ısıtma ve soğutma kapasitelerinin yükseldiği, sistem STK ve ITK değerlerinin ise azaldığı tespit edilmiştir. Ayrıca evaporator sıcaklığının artmasıyla birim soğutma veya ısıtma kapasitesi basma sistemde yok edilen toplam ekserji miktarının azaldığı, artan kompresör devriyle ise yok edilen ekserjinin arttığı gözlenmiştir. Otomobil ısı pompası / kliması sisteminin kış şartlarında ısıtma amaçlı kullanımında, iç ünite çıkışındaki hava akımı sıcaklıklarının, bu havanın gönderileceği otomobil yolcu kabini içinde yeterli ısıl konfor sağlayabileceği görülmüştür.

In this study, theoretical and experimental analysis of an automotive heat pump / air conditioning system were conducted. The experimental system was set up at Automotive Laboratory of Mechanical Education Department of Kocaeli University. In order to this, a four-way valve was added to the refrigeration cycle of an automotive air conditioning system. Thus, the experimental system had the capability of producing warm or cold air streams at the outlet of the indoor unit depending on the operation mode required. During the experiments, the system operated at various compressor speeds and evaporating temperatures. After completing the experiments, energy and exergy analyses of the experimental set up were carried out. The effects of evaporating temperature and compressor speed on the performance parameters of the system such as refrigeration capacity, heating capacity, coefficient of performance, compressor power, refrigerant mass flow rate, etc. were evaluated and presented in graphs. It was observed that refrigeration and heating capacities of the indoor unit as well as coefficients of performance for the system operating at cooling and heating modes increase with increasing evaporating temperatures. On the other hand, refrigeration and heating capacities increase with increasing compressor speeds while coefficients of performance for both operating modes decrease with them. In addition, it was determined that total exergy destruction rates in the system per unit refrigeration and heating capacity decrease with increasing evaporating temperatures and they increase with increasing compressor speeds. It was observed that the automotive heat pump provides sufficiently high supply air temperatures at the outlet of the indoor unit and this air stream could provide thermal comfort in the conditioned space.