Sonuçlar

Bu tez çalışmasında R134a akışkanlı klasik soğutucularda ejektörün genleştirici olarak kullanılmasının klasik sisteme göre kompresör güç tüketimini ve tersinmezlikleri azaltarak soğutma performans katsayısını ve ekserji verimini artırıp artırmayacağı deneysel olarak araştırıldı. Araştırılan çalışma sahasında tahrik lülesi boğaz çapının ve sabit alan karışma odasına göre konumunun sistem performansı üzerine etkisi incelendi. Deneysel olarak ejektör ve ejektör eleman verimleri belirlendi.

Klasik ve ejektörlü sistemin performans karşılaştırması aynı dış ortam şartlarında ve aynı soğutma kapasitesi için gerçekleştirildi. Aynı dış ortam şartlarını oluşturmak için evaporatöre ve kondensere sağlanan sıvıların debilerinin ve giriş sıcaklıklarının eşit olması sağlandı. İstenilen soğutma kapasitesi ise kompresör invertör frekansı (devir sayısı) değiştirilerek elde edildi.

Ejektörlü sistem deneylerini gerçekleştirmek için ejektörün lüle ve difüzör boyutları Engineering Equation Solver (EES) yazılımına matematiksel model aktarılarak elde edildi. Primer lülenin optimum konumunu da araştırabilmek için ejektörün primer lülesi ileri-geri hareket edebilecek şekilde tasarlandı. Bu tasarıma uygun olarak ejektör imalatları gerçekleştirildi. İmal edilen ejektör tahrik lülesinin, karışma odasının ve difüzörün boyut ölçümleri ve ejektör elemanlarının eş merkezliliği koordinat ölçme cihazı (CMM) kullanılarak gerçekleştirildi.

Tahrik lülesi, emme lülesi ve difüzör verimleri ile emme odası basınç düşüşü değerleri için ön kabuller yapılarak ejektör için 5 adet tahrik lülesi ve 2 adet karışma odalı difüzör tasarlandı, imal edildi ve denendi. Ejektörlü sistemde separatör tasarımının sistem performansı üzerine etkili olduğu gözlendi. Sıvı damlacıklarının asılılık kuvvetleri, maksimum buhar akış (emiş) hızı ve minimum separatör çapı dikkate alınarak tasarlanan ve imal edilen separatör kullanıldığında en yüksek performans katsayısı (COP) elde edildi. Bu separatör kullanılarak yapılan deneylerde, kondenser çıkışındaki basınca karşılık gelen doyma sıcaklığı ~40o_{C ve evaporatör çıkışındaki basınca karşılık gelen}

doyma sıcaklığı ~5o_{C (taze gıda soğutucusu vb.) için lüle boğaz ve çıkış çapı 2,3 mm ve}

2,65 mm ve karışma odası çapı 9 mm olan difüzör (Çizelge 4.2., k-tasarımlı ejektör) kullanıldığında maksimum soğutma performans katsayısı elde edildi. Yine, ~60o_C

ve çıkış çapı 2 mm ve 2,6 mm ve karışma odası çapı 5,9 mm olan difüzör (Çizelge 4.2., e-tasarımlı ejektör) kullanıldığında maksimum soğutma performans katsayısı elde edildi.

Tasarım şartı (kondenser sıcaklığı ~40o_{C ve evaporatör sıcaklığı ~5}o_{C ve}

kondenser sıcaklığı ~60o_{C ve evaporatör sıcaklığı ~10}o_{C) dışında sistem performansının}

karakteristiğini araştırmak için de dış şartlardan biri olan kondenser soğutma suyu sıcaklığı değiştirilerek deneyler yapıldı. Dış ortam deney şartı; su debisi 0,45 m3_/h,

salamura debisi 0,58 m3/h, salamura giriş sıcaklığı 13,7 oC iken ve kondensere soğutma suyu giriş sıcaklığı ise 25,4 o_{C ila 32,7} o_{C arasında değiştirildiğinde genleşme valfi yerine}

k-tasarımlı ejektör kullanmanın sistem COP’unu % 7,8 ila % 12,8, ekserji verimini ise % 6,6 ila % 11,2 arasında iyileştirdiği bulundu. Bu çalışma şartlarında, k-tasarımlı ejektörün veriminin % 39 ila % 41 arasında değiştiği de saptandı. Yine başka bir dış çalışma şartı; su debisi 0,44 m3/h, salamura debisi 0,58 m3/h, salamura giriş sıcaklığı 20 oC iken ve kondensere soğutma suyu giriş sıcaklığı ise 40,3 o_{C ila 46,1} o_{C arasında değiştirildiğinde}

genleşme valfi yerine e-tasarımlı ejektör kullanmanın sistem COP’unu % 6,2 ila % 14,2, ekserji verimini ise % 6,7 ila % 14,2 arasında iyileştirdiği bulundu. Bu çalışma şartında, e-tasarımlı ejektörün verimi ise % 14 ila % 17 arasında olduğu hesaplandı.

Evaporatör sıcaklığı 5 ºC ve kondenser sıcaklığı 40 ºC için tasarlanan ejektör kullanılarak tahrik lülesi boğaz çapının sistem performansı üzerine etkisi araştırıldı. Sistemin çalışma şartları ve ejektörün diğer parametreleri sabit tutulup sadece tahrik lülesinin boğaz çapı 2,1, 2,2, 2,3, 2,4 ve 2,5 mm olan lüleler kullanılarak deneyler yapıldı. Boğaz çapı 2,3 mm’ye sahip tahrik lülesi (k-tasarımlı ejektör) kullanıldığında maksimum soğutma kapasitesi (4,28 kW), maksimum soğutma performans katsayısı (COP=3,02) ve maksimum ekserji verimi (% 17,24) elde edildi. Optimum boğaz çapından (dt=2,3 mm)

daha küçük ya da daha büyük boğaz çapına sahip bir tahrik lülesi kullanıldığında soğutma performans katsayısının, soğutma kapasitesinin ve ekserji veriminin düştüğü belirlendi. Lüle boğaz çapının optimum değerden daha büyük olmasının optimum değerden daha küçük olmasına göre sistem performansını daha çok düşürdüğü tespit edildi.

Dış parametrelerden biri olan kondenser su giriş sıcaklığı değiştirildiğinde tahrik lülesi boğaz çapının sistem performansını nasıl etkilediği ve hangi lülenin hangi çalışma şartında daha iyi olduğu da araştırıldı. Araştırılan sahadaki çalışma şartları için 2,3 mm boğaz çaplı tahrik lülesi kullanıldığında maksimum soğutma kapasitesi, COP ve ekserji verimi elde edildi. Ayrıca, denenen tüm lüleler için kondenser soğutma suyu giriş sıcaklığı artarken sistemin soğutma kapasitesinin, COP’un ve ekserji veriminin düştüğü

görüldü. Örneğin, kondenser su giriş sıcaklığı 30 ºC’den 46 ºC’ye artarken 2,3 mm boğaz çapına sahip lüle kullanan ejektörlü sistemin COP’unun % 48 azaldığı belirlendi.

Araştırılan sahada, maksimum performansı veren 2,3 mm boğaz çapına sahip tahrik lülesinden elde edilen ejektörlü sistemin deneysel sonuçları ile aynı dış ortam çalışma şartlarına ve aynı soğutma kapasitesine sahip klasik sistemin sonuçları kondenser su giriş sıcaklıkları değiştirilerek karşılaştırıldı. Bu deneyler esnasında evaporatör çıkışındaki aşırı kızdırma ve kondenser çıkışındaki aşırı soğutma sıcaklıklarının klasik ve ejektörlü sistem için yaklaşık aynı olmasına da dikkat edildi. Bu deney şartları altında, ejektörlü sistemin COP’unun % 5 ila % 13, ekserji veriminin ise % 3 ila % 13 klasik sisteminkinden daha yüksek olduğu belirlendi.

Tüm deneyler boyunca, her iki sistem için kondenserde gerçekleşen basınç düşüşünün birbirine yakın olduğu gözlendi. Evaporatördeki basınç düşüşünün ise klasik sistemde 50,6 kPa ila 133,7 kPa arasında gerçekleşirken ejektörlü sistemde yok denecek kadar az olup yaklaşık 4 kPa olduğu saptandı. Klasik sistemde evaporatör girişinde kuruluk derecesi x≥% 20 iken ejektörlü sistemde x≈0’dır. Ejektörlü sistemin evaporatöründeki basınç düşüşünün daha az olmasının nedeni evaporatöre giren soğutucu akışkanın kuruluk derecesinin sıfıra yakın olmasına bağlanabilir. Ayrıca, bütün çalışma şartlarında her iki sistemde de kondensere soğutma suyu giriş sıcaklığı artarken, beklenildiği gibi, kondenser basıncının ve kompresörde tüketilen gücün arttığı COP’un ve ekserji verimimin ise düştüğü görüldü. Kondenser su giriş sıcaklığı arttıkça her iki sistem için de toplam tersinmezlik miktarının ise arttığı da belirlendi.

Tahrik lülesinin karışma odası girişine göre konumunun sistem performansı üzerine etkisi de araştırıldı. Tahrik lülesi konumunun COP değerini ±% 1 değiştirdiği tespit edildi. Buna göre, R134a soğutucu akışkan kullanan ejektör genleştiricili soğutucularda, araştırılan sahada, tahrik lülesi için bir optimum konum olmadığı sonucuna varıldı. Bu yüzden tez çalışması boyunca yapılan tüm deneyler, tahrik lülesi çıkış kesiti sabit alan karışma odası giriş kesitiyle çakışık iken ( Ln=0 mm)

gerçekleştirildi.

Ejektörlerin tasarımı yapılırken, ejektör eleman verimleri literatüre uygun bir şekilde (

η

η

η

verimlerinin deneysel olarak ne olduğu ve kondenser su giriş sıcaklığı ile bu verimlerin nasıl etkilendiği de araştırıldı. Tasarım şartına en yakın çalışma şartında (Çizelge 4.2’de ki k-tasarımlı ejektör, kondenser sıcaklığı 40 ºC ve evaporatör sıcaklığı ise 5 ºC) ejektör

eleman verimlerinin maksimum olduğu belirlendi. Kondenser su giriş sıcaklığı arttıkça (tasarım şartından uzaklaştıkça) tahrik lülesi ve emme lülesi veriminin de düştüğü belirlendi. Emme lülesinin veriminin diğer ejektör eleman verimlerine göre daha düşük aralıkta olduğu (0,48 ila 0,6) tespit edildi. Difüzör veriminin çalışma sıcaklığı ile etkilenmediği ve bütün çalışma şartları için değişmediği belirlendi.