Endüstriyel soğutucularda atık ısı geri kazanımıyla performans iyileştirmesi
Improvement of performance in industrial coolers with waste heat recovery
- Tez No: 958496
- Danışmanlar: PROF. DR. MUSTAFA AKTAŞ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Mühendislik Bilimleri, Energy, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 145
Özet
Soğutma çevrimlerinde yaşanan en büyük problemlerden biri evaporatör üzerinde oluşan buzlanmadır. Buzlanmadan dolayı ısı transferinde azalma ve bunun sonucunda da performansta düşmeler meydana gelmektedir. Soğutma çevrimlerinde bir diğer sıkıntı da atık ısının kullanılmamasıdır. Çalışma amacına yönelik olarak iki farklı sistem tasarlanarak deneyleri yapılmıştır. Birinci sistemde hava akışı, elektrikli ısıtıcı ve sıcak gaz kullanılarak yapılan buz çözme işlemine karşılık geliştirilen sıcak suyla buz çözme yaklaşımı önerilmiştir ve tasarımı yapılmıştır. Birinci sistemin sonuçlarına göre, sıcak su ile gerçekleştirilen ve süresi 10 dakika olan defrost işleminin uygulandığı, ayrıca soğuk oda ile evaporatör arasında damper bulunmayan deney koşullarında, sistemin en yüksek performans katsayısı (COP) 4,34 değerine ulaşmıştır. Buz çözme veriminin en yüksek değeri sıcak su yönteminde %58,79 olmuştur. Sıcak su ile geliştirilen defrost yönteminin, sıcak hava yöntemine kıyasla defrost verimliliğinde %44'e ulaşan bir iyileşme yaratabileceği belirlenmiştir. Bunun yanı sıra, yeni yöntemin sıcak hava yöntemine yakın bir performans gösterdiği, ancak ani basınç dalgalanmalarına ve mekanik zorlanmalara karşı dayanıklı olması nedeniyle avantaj sağlayabileceği belirlenmiştir. İkinci sistemde, soğutma sisteminin atık ısısını değerlendirmek için yeni bir gizli ısıl enerjisi depolama ünitesi geliştirilmiştir. Kondenser üzerine entegreli ısıl enerji depolama ünitesi (IEDÜ) konulmuş, ünite içerisine kanatlı borular takılmıştır ve ısıyı depolaması için parafin kullanılmıştır. Deneyler, üç farklı kompresör çalışma modu altında yürütülmüş ve parafinin erime ve katılaşma süreçleri gözlemlenmiştir. İkinci sistemin sonuçlarına göre, kompresörün aç-kapa yaptığı deneyde en yüksek COP değeri 3,92 olmuşken, 89,97 Wh termal enerji depolamış ve 202 dakikalık en uzun erime süresini sergilemiştir. Bu bulgular, kompresörün aç-kapa yaptığı deneyin hem enerji verimliliği hem de erime süresi açısından en etkili performansı gösterdiğini göstermiştir. Kompresörün sürekli çalıştığı deneyde ise COP değeri 3,26 olduğunda, 91,29 Wh termal enerji depolanmış ve erime süresi 53 dakika olarak kaydedilmiştir. Kompresörün 23 dk çalışıp, 13 dk durduğu deneyde, COP değeri 3,13 iken, depolanan termal enerji 82.73 Wh'e düşmüş ve erime süresi 51 dakikaya gerilemiştir. Ayrıca, IEDÜ'de depolanan günlük enerjinin soğutma sisteminin toplam enerji tüketimine oranının ortalama %16,53 olduğu belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlar doğrultusunda, soğutma sistemi için yeni bir defrost yöntemi ve kondenser atık ısısının depolandığı yeni bir ısı depolama ünitesi oluşturulmuştur.
Özet (Çeviri)
One of the biggest problems experienced in cooling cycles is the ice formation on the evaporator. Due to ice, heat transfer decreases and as a result, performance decreases. Another problem in cooling cycles is the failure to use waste heat. Two different systems were designed and tested for the purpose of the study. In the first system, the hot water defrosting approach was proposed and designed in response to the defrosting process performed using air flow, electric heater and hot gas. According to the results of the first system, in the experimental conditions where the defrosting process was performed with hot water and lasted 10 minutes and there was no damper between the cold room and the evaporator, the highest coefficient of performance (COP) of the system reached 4.34. The highest value of defrosting efficiency was 58.79% in the hot water method. It was determined that the defrosting method developed with hot water could create an improvement of up to 44% in defrosting efficiency compared to the hot air method. In addition, it was determined that the new method showed a performance close to the hot air method but could provide an advantage due to its resistance to sudden pressure fluctuations and mechanical stresses. In the second system, a new latent thermal energy storage unit was developed to evaluate the waste heat of the cooling system. An integrated thermal energy storage unit was placed on the condenser, finned pipes were installed inside the unit and paraffin was used to store the heat. The experiments were conducted under three different compressor operating modes and the melting and solidification processes of paraffin were observed. According to the results of the second system, the highest COP value was 3.92 in the on-off experiment of the compressor, while it stored 89.97 Wh of thermal energy and exhibited the longest melting time of 202 minutes. These findings showed that the on-off experiment of the compressor showed the most effective performance in terms of both energy efficiency and melting time. In the experiment where the compressor operated continuously, when the COP value was 3.26, 91.29 Wh of thermal energy was stored and the melting time was recorded as 53 minutes. In the experiment where the compressor operated for 23 minutes and stopped for 13 minutes, the COP value was 3.13, the stored thermal energy decreased to 82.73 Wh and the melting time decreased to 51 minutes. In addition, it was determined that the ratio of the daily energy stored in unit to the total energy consumption of the cooling system was 16.53% on average. In line with the results obtained, a new defrosting method for the cooling system and a new heat storage unit where the condenser waste heat is stored were created.
Benzer Tezler
- Isı borusu tabanlı bir atık ısı geri kazanım uygulaması
A heat pipe based waste heat recovery application
OYA YAŞAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SEVAN KARABETOĞLU
- R744 (CO2) soğutucu akışkanlı endüstriyel soğutma sistemlerinintermodinamik analizi ve enerji performansının değerlendirilmesi
Thermodynamic analysis and evaluation of energy performance of R744 (CO2) refrigerant industrial cooling systems
ESRA DEMİRCİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
EnerjiKarabük ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ÖZKAYMAK
- Thermoelectric properties investigation of copper based chalcogenide and cobalt based skutterudite structures
Bakır tabanlı kalkojenit ve kobalt tabanlı skutterudite yapılarının termoelektrik özelliklerinin incelenmesi
TUĞBA TEMEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BURAK ÖZKAL
DOÇ. DR. SEDAT BALLIKAYA
- CoSb3 bazlı katkılı skutteruditelerin transport özellikleri
Transport properties of CoSb3 based skutterudities
SEDAT BALLIKAYA
Doktora
Türkçe
2010
Enerjiİstanbul ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CTİRAD UHER
PROF. DR. EMİNE RIZAOĞLU
- Jeotermal enerji kaynaklı bir otelin iklimlendirilmesinin ekonomik ve teknik analizi
Economic and technic analysis of a hotel air conditioning using geothermal energy source
HASAN BASRİ RAVUL
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Makine MühendisliğiUludağ ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDULVAHAP YİĞİT