Isı Pompaları ve Uygulamaları Isı Pompalarının Teorisi

Giriş ve Isı Pompalarının Termodinamiği Isıtma ve soğutma amaçlı ısı pompalar Gelişmiş buhar sıkıştırmalı soğutma sistemleri Ardışık Soğutma Sistemleri Çok Kademeli Sıkıştırma Soğutma Sistemleri Gazların Sıvılaştırılması

Isıtma ve soğutma amaçlı ısı pompalar Isı pompası yazın bir evi soğutmak, kışın bir evi ısıtmak için kullanılabilir.

Gelişmiş buhar sıkıştırmalı soğutma sistemleri Basit buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimi en yaygın olarak kullanılan soğutma çevrimi olup, soğutma uygulamalarının büyük çoğunluğu için yeterlidir. Basit buhar sıkıştırmalı soğutma sistemleri ucuz ve güvenilir olmalarının yanı sıra hemen hemen hiç bakım gerektirmezler. Fakat büyük endüstriyel uygulamalarda basitlikten çok etkinlik önem kazanır. Bazı uygulamalar için basit buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimi yetersiz kalmakta ve iyileştirilmesi gerekir.

Gelişmiş buhar sıkıştırmalı soğutma sistemleri Etkinliği artırmak için yapılan düzenlemelerden birkaçı örnek: - Ardışık Soğutma Sistemleri (2 kompresörlü) - Çok Kademeli Sıkıştırma Yapılan Soğutma Sistemleri (2 kompresörlü) - Tek Kompresör ile Çalışan Çok Amaçlı Soğutma Sistemleri - Gazların Sıvılaştırılması

Ardışık Soğutma Sistemleri Bazı endüstriyel uygulamalar oldukça düşük sıcaklıklara gereksinim duyarlar ve uygulamanın söz konusu sıcaklık aralığı, basit buhar sıkıştırmalı soğutma çevriminin etkin çalışabilmesi için çok büyük olabilir. Büyük bir sıcaklık aralığı aynı zamanda çevrimde büyük bir basınç aralığı ile çalışılmasını ve pistonlu kompresörler için düşük bir verimi ifade eder. Bu gibi durumlarda başvurulan yöntemlerden biri soğutma işlemini iki kademede gerçekleştirmektir.

Ardışık Soğutma Sistemleri Ardışık yaklaşım ile kompresör işi azalır ve soğutulan ortamdan çekilen ısı artar. Bundan dolayı ardışık çalışma soğutma sisteminin COP’unu artırır. Bazı sistemler üç veya dört kademeli ardışık soğutma kullanır. Her iki kademede de aynı soğutucu akışkanın kullanıldığı bir ikili soğutma sistemi.

Buharlaşma odalı iki kademeli sıkıştırmalı bir soğutma sistemi Çok Kademeli Sıkıştırma Soğutma Sistemleri Bu tür sistemlere çok kademeli sıkıştırma yapılan soğutma sistemleri adı verilir. Çok kademeli sıkıştırma ara soğutmalı iki kademeli sıkıştırmaya benzemekte ve bu yöntem ile kompresöre verilen iş azalmaktadır. Buharlaşma odalı iki kademeli sıkıştırmalı bir soğutma sistemi Ardışık soğutma sisteminin her tarafında kullanılan akışkan aynı ise, kademeler arasındaki ısı değiştirici yerine ısı aktarımının daha iyi sağlandığı bir karışma odası veya buharlaşma odası kullanılabilir.

Tek Kompresör ile Çalışan Çok Amaçlı Soğutma Sistemleri Dondurucusu olan tek kompresörlü bir soğutma makinesinin T-s diyagramı

Gazların Sıvılaştırılması Birçok önemli bilimsel araştırma ve mühendislikle ilgili işlemler kriyojenik (−100°C'nin altındaki) sıcaklıklarda gazların sıvılaştırılmasına dayandığından, gazların sıvılaştırılması soğutma uygulamalarının her zaman önemli bir alanını oluşturmuştur.  Böyle işlemlere örnek olarak, oksijen ve azotun havadan ayrılması, roketler için sıvı yakıtların hazırlanması, çok düşük sıcaklıklarda malzeme özeliklerinin incelenmesi, süper iletkenlik gibi ilginç bazı kavramların araştırılması gösterilebilir.

Gazları sıvılaştırmak için Linde-Hampson yöntemi Gazların Sıvılaştırılması Gazları sıvılaştırmak için Linde-Hampson yöntemi Gazların sıvılaştırılması için kullanılan bu ve diğer çevrimler gazların katılaştırılması içinde kullanılabilir …

Örnek İki kademeli ardışık sistemi ve her kademede R134a b) QL ve W? C) COP (sm)? (4.4)

Örnek Buharlaşma odası kullanıldığında, İki kademeli sıkıştırma yapılan sistemde… a) b) COP=4.4

Carnot çevrimi Carnot çevriminin kapalı bir sistemde gerçekleştirilişi. Tersinir sabit sıcaklıkta genişleme (1-2 hal değişimi, TH=sabit) Tersinir adyabatik genişleme (2-3 hal değişimi, sıcaklık TH’den TL’ye düşmektedir) Tersinir sabit sıcaklıkta sıkıştırma (3-4 hal değişimi, TL=sabit) Tersinir adyabatik sıkıştırma (4-1 hal değişimi, sıcaklık TL’den TH’ye yükselmektedir)

Carnot çevrimi Elde edilen iş Harcanan iş Carnot çevriminin P-V diyagramı Net çıkan iş

Carnot çevrimi Ters Carnot Çevrimi Ters Carnot çevriminin P-V diyagramı Carnot ısı makinesi çevrimi tümden tersinir bir çevrimdir. Onu oluşturan tüm hal değişimleri ters yönde gerçekleştirilebilir. Bu durumda Carnot soğutma makinesi çevrimi elde edilir.

Carnot çevrimi Ters carnot soğutma makinasının tesisat şeması ve T-s diyagramı 2 1 4 3 Carnot soğutma makinesi veya ısı pompası Carnot soğutma makinesi veya ısı pompasının COP’ sini nasıl arttırabilirsiniz? Gerçek olanları için ne dersiniz?

Örnek Bir gazete ilanında, evler için 100% verimle çalışan elektrikli ısıtıcıların satıldığı duyurulmaktadır. İç ortam sıcaklığını 30°C ve dış ortam sıcaklığını 15 °C kabul ederek ısıtıcıların ikinci yasa verimini hesaplayınız. Tüketilen her birim elektrik enerjisi (iş) İçin ortama bir birim enerji (ısı) verilmektedir. Yani COP=1 10 C Tersinir bir ısı pompası için: 21 C =26.7 İkinci yasa verimi, ȠII= COP / COP (tr) =3.7%

Brayton çevrimi Soğutma için ters Brayton çevrimi (gaz akışkanlı soğutma çevrimi) kullanılabilir. Ters Brayton çevrimi ideal gaz akışkanlı soğutma çevrimidir ve hal değişimlerinin tümü içten tersinirdir.

Brayton çevrimi Basit gaz akışkanlı soğutma çevrimleri

Brayton çevrimi Açık çevrime göre çalışan uçak kabin soğutma sistemi.

Örnek (basit ideal gaz akışkanlı soğutma çevrimi) T1= -18 C=255K Tablodan, h1=255kJ/kg ve Pr1 (özgül basınç)=0.78 Pr2= (P2/P1)×Pr1=3.1 Tablodan, h2=379kJ/kg ve T2=379K T3=27C =300K Tablodan, h3=300kJ/kg ve Pr3 (özgül basınç)=1.4 Pr4= (P4/P3)×Pr3=0.34 Tablodan, h4=202kj/kg ve T4=202K qL? Wtür? Wkomp? COP? COP(sm)=2.05