Endüstriyel soğutma uygulamalarında ötektik soğutucuların etüdü ve parametrelerinin incelenmesi

Abstract

Termal enerji depolama sistemlerinden (TED) biri olan gizli ısının depolanması günümüzde soğuk muhafaza uygulamalarında da kullanılmaktadır. Gizli ısı enerjisinin depolanmada birim miktarda depolanan enerji başına daha az hacimle enerji tasarrufu sağladığı için genellikle faz değişim malzemeleri (FDM) kullanılmaktadır. Bu çalışmada endüstriyel tip soğuk hava depo iç yüzeylerine FDM'li makro kapsüller yerleştirilmiştir. Depo, aktif olarak -18°C, 16°C ve -14°C de çalıştırılmıştır. Yapılan deneylerde, yüksüz ve FDM'li kabinlerin rejim sıcaklığına gelmek için harcadığı süreler, kompresör on/off periyodları ve deponun ısınma periyodu mercek altına alınmıştır. Deneyler, üç farklı senaryo ve üç farklı durum için araştırılmıştır. Birinci senaryoda depo, set sıcaklığına soğutulmuş ikinci senaryoda kompresör on/off periyodları 36 saat boyunca incelenmiştir. Üçüncü senaryoda ise mekanik soğutma sistemi kapatılarak deponun ısınma süreci incelenmiştir. FDM'nin erime/donma sıcaklığı -7,9°C /-14,7°C olup ticari amaçlı kullanılan ötektik bir karışımdır. Depo içi sıcaklık, bağıl nem, hava hızı, FDM sıcaklık ve dış ortam sıcaklık değerleri 10 sn aralıklarla kayıt altına alınmıştır. Deneylerin belirsizlik, maliyet analizleri ve ekonomik boyutu değerlendirilmiştir. FDM'siz kabinin kompresör on/off süreleri incelenmiş ve stabil kaldığı görülmüştür. FDM'li depoda ise kompresör on/off sürelerinde 36 saat boyunca iyileşme görülmüştür. FDM'li deneylerde -18°C ve -16°C'de FDM'nin termal enerjisi sayesinde sistemin ısıl yükündeki kayda değer azalmalar görülmüştür. FDM'li depo FDM'size göre 30 saat sonra kompresör, -18°C set sıcaklığında, 19,44% ve -16°C'de ise %28,13 daha az çalışmıştır. Böylelikle FDM'li kabin bir günde -18°C'de 2 saat, -16°C'de 3 saat 20 dakika daha az enerji tüketerek FDM'nin pozitif etkisi gözlemlenmiştir. Böylelikle FDM'nin erime/donma sıcaklık aralığının neresinde çalışıldığı daha kritik öneme sahip olduğu bu çalışmayla ortaya konmuştur.

Storage of latent heat, one of the thermal energy storage systems (TES), is today used in cold storage applications as well. As storage of latent heat provides a lower volume of energy conservation per the unit of stored energy, phase change materials (PCM) are generally used. In this study, a cold storage house has been actively operated at -18°C, -16°C, and -14°C. In the conducted experiments, time periods of neutral cabins with PCM reaching to regime temperature, compressor on/off periods, and heating period of the storage house have been examined. Experiments have been investigated for three different scenarios and three different conditions. In the first scenario, storage room has been cooled to the set temperature; in the second scenario, compressor on/off periods have been monitored for 36 hours. And in the third scenario, mechanical cooling system has been shut down, and heating process of the storage house has been examined. PCM's melting/freezing temperature is -7,9°C /-14,7°C, and is a eutectic mixture used for commercial purposes. Storage temperature, relative humidity, air speed, PCM temperature and outdoor temperature values have been recorded at intervals of 10 seconds. Uncertainty, cost analyses, and economic dimension of the experiments have been evaluated. Compressor on/off period of the cabin without PCM has been examined, and it has been observed to remain stable. In the storage with PCM, an improvement for 36 hours has been observed in compressor on/off periods. In the experiments with PCM for three different set values at -18°C and -16°C, considerable decreases in the heat load in the system due to the thermal energy of PCM have been observed. Compared to the storage without PCM, the storage with PCM operated 19,44% less at -18°C compressor set temperature, and 28.13% less at -16°C compressor set temperature. Thus, as the cabin with PCM consumed less energy for 2 hours at -18°C, and for 3 hours 20 minutes at -16°C in a day, positive effect of PCM has been suggested. Therefore, it has been proved with this study that the part of the PCM melting/freezing temperature range within which the work is performed is of a more critical importance.