Download
1 / 17
170 likes | 422 Views
Rejeneratörlü Soğutucular. B. Işık Cantürk YTÜ- Isı Proses YL. Solvay Soğutucusu. Solvay’s prototipi yalnızca 178 K sıcaklığına düşmeyi başardı ve sistem 1950’lerin sonunda kriyonojik soğutma olarak kabul edildi.
E N D
Rejeneratörlü Soğutucular B. Işık Cantürk YTÜ- Isı Proses YL
SolvaySoğutucusu • Solvay’s prototipi yalnızca 178 K sıcaklığına düşmeyi başardı ve sistem 1950’lerin sonunda kriyonojik soğutma olarak kabul edildi. • Sistem kompresör, regeneratör, ve silindir içindeki pistondan oluşmaktadır.
Solvay Soğutucusu • Piston silindirin başlangıç konumundadır. 1-2 prosesinde giriş valfi yüksek basınçlı gazın sisteme girmesi için açılır. • Yüksek basınçlı gaz 2-3 prosesinde rejeneratör üzerinde soğutulur ve enerjisi depolanır. 3 yollu valf ile soğuk gaz silindir içine akarak pistonu hareketlendirir. • 3-4 prosesinde giriş valfi kapanır, silindir içindeki gaz, sistemin başlangıç basıncına izentropik genişler. • 4-5 prosesinde emiş valfi silindir içerisindeki soğuk gazı zorla aşağı doğru hareket ettir. 3 yollu valf sayesinde soğuk gaz ısı değiştiriciye yönlendirilir burada ısı soğutulacak bölgeden absorbe edilir. • 5-1 prosesinde gaz daha önce 2-3 prosesinde depolanan enerji tarafından tekrar oda sıcaklığına ısınır.
Gifforf-McMahon (GM) Soğutucusu • Bu soğutucu, Solvay soğutucusuna çok benzer. Ancak pistonun bulunduğu silindirin her iki ucu kapalı olduğu için silindir yer değiştirici olarak görev yapar. • Sistemde herhangi iş alışverişi yok, çünkü sistem içerisindeki gaz bir boşluktan diğerine hareket halindedir.
Gifforf-McMahon (GM) Soğutucusu • Piston Solvay soğutucusunda olduğu gibi silindirin başlangıç konumundadır. 1-2 prosesinde giriş valfi yüksek basınçlı gazın sisteme girmesi için açılır. • Proses 2-3’te 3 yollu valf gazı üst boşluktan alt boşluğa doğru hareket ettirir. Çünkü gazın hacmi rejeneratörde soğutulduğundan azalır. Giriş valfi, sistem içerisindeki basıncı korumak için açık konumda bulundurulur. • 3-4 prosesinde alt boşluktaki gaz, giriş valfinin kapanmasıyla başlangıç konumuna düşer. 3 yollu valfe yönlendirilir ve emiş valfi açılır. • 4-5 prosesinde emiş valfi silindir içerisindeki soğuk gazı zorla aşağı doğru hareket ettir. 3 yollu valf sayesinde soğuk gaz ısı değiştiriciye yönlendirilir burada ısı soğutulacak bölgeden absorbe edilir. • 5-1 prosesinde gaz rejeneratör üzerinden geri geldiğinden ısınır.
Solvay soğutucusunun COP’si G-M soğutucusununkinden daha fazladır. Çünkü Solvay soğutucusunda genleşme prosesi sırasında daha fazla enerji uzaklaştırılır • G-M soğutucusunun en büyük avantajı, çoklu sistemlerde He ile çalıştırıldığında kolaylıkla 15-20 K daha düşük sıcaklıklara ulaşabilmesidir.
Örnek: • Gifforf-McMahon soğutma sisteminde Helyum gazı kullanılıyor. Çalışma esnasında basınç sınırları 0,101 MPa ve 2,02 MPa. Soğutulacak maksimum sıcaklık 90K ve de kompresörden çıkış sıcaklığı 300K. Rejeneratör ve kompresörün %100 verimle çalıştığı ve genleşme prosesinde genleşmenin izentropik olduğu varsayılırsa a) Soğutma etkisi nedir? b) COP? c) FOM? • He gazı için h2=1579 kJ/kg (2,02 Mpa, 300K) • s2=25,2 kJ/kgK (2,02 Mpa, 300K) • h5=482 kJ/kg (0,101 Mpa, 90K) • Rejeneratör verimi %100 kabul edildiği için rejeneratörden çıkan 3 ve rejeneratöre giren 5 noktalarında sıcaklıklar aynıdır. Buna göre: • He gazı için h3=486 kJ/kg (2,02MPa, 90K) • s3=18,9 kJ/kgK (2,02MPa, 90K)
3-4 prosesinde izentropik genişleme olduğu kabul edildiği için, h4=155kJ/kg (0,101 MPa, 27,1 K) V3=95 /gr V4= /gr ==0,171 a)=(h5-h4)=0,171(482-155)=56kJ/kg
b)Sistem içerisindeki entalpi dengesi kompresör olmadan yazılırsa, Rejeneratörden ayrılan gazın sıcaklığı ve entalpisinde artış görülür. 0,101 MPa da h1 entalpisi 1635 kJ/kg’da He’nin sıcaklığı 312K ve s1=31,6 kJ/kgK Kompresör için giriş koşulunu 312 K varsayarsak Sistemin COP’si
Helyum gazı dikkate alınan sıcaklık ve basınç aralığında ideal gaz gibi davrandığını varsayarsak, izobarik bir soğutucu sistemi için ideal bir COP i değeri hesaplanabilir.
PulseTube Soğutucular • Kriyonojenik soğutucuların güvenilirliği uzun yıllar tartışılmıştır. Sistemdeki hareketli parçaların güvenilirliği azaltığı konusunda bir görüş vardır. Stirling soğutucusunda kompresör içerisindeki piston ve yer değiştirici olmak üzere 2 adet hareketli parça bulunmaktadır. • 1963lerde GiffordandLongsworthStirling soğutucusundaki yer değiştirciyi kaldırarak yeni bir soğutma sistemi oluşturmuşlardır. • Bu soğutucuların avantajı birinci adımda 124 K ikinci adımda ise 79K sıcaklığına ulaşabilmesi olmuştur.
Basic PulseTube Basic PulseTube 1960’lı yılların ortalarında Gifford ve arkadaşları yaptıkları çalışmalarla yarı amprik sonuçlara ulaştı. Genel olarak verimleri Joule-Thomson soğutucularıyla kıyaslanabilir. En düşük 124 K sıcaklık ve basınç oranı 4,25/1 olsa da pratik çalışmalarda 80K’lere ulaşıldı. Hatta son birkaç yıla kadar bu sistem kullanıldı.
