64 Tesisat Mühendisliği - Sayı 146 - Mart/Nisan 2015

Makale

İlhami HORUZ

ÖZETAbsorpsiyonlu soğutma sistemleri, atık ısıların değerlendirilmesinde ön plana

çıkmaktadırlar. Ancak tek kademeli absorpsiyonlu soğutma sistemlerinin soğut-

ma performansının bir göstergesi olan STK değerleri sınırlı kalmakta, atık kay-

nak sıcaklığı belli bir değerden sonra ne kadar artarsa artsın STK değerlerinde

bir artış gözlenememektedir. Bu tür durumlarda, yüksek sıcaklıklı atık ısıların

geri kazanılması için tek kademelilere göre daha performanslı çalışan (STK

değerleri daha yüksek olan) çift kademeli absorpsiyonlu soğutma sistemleri ön

plana çıkmaktadır. Çift kademeli absorpsiyonlu soğutma sistemlerinin yaygın

kullanım alanı bulmasının temel sebebini bu olay oluşturmaktadır. Fakat atık

kaynak sıcaklığı yeterince yüksek değilse, ısı geri kazanımı için çift kademeli

yerine tek kademeli sistem kullanılması mecburiyeti doğmaktadır ki bu durum,

çift kademeli sistemle kıyaslandığında, performans düşüklüğü ile kendini gös-

termektedir. Bu dezavantajı ortadan kaldırmak için bu çalışma, pek eşine rast-

lanmamış bir alternatif sistem sunmakta ve düşük sıcaklıklı atık ısı kaynağından

tahrikli bir absorpsiyonlu ısı yükselticisi kullanmak suretiyle, yüksek sıcaklıklı

kızgın su elde etmek ve bu kızgın su ile çift kademeli absorpsiyonlu soğutma sis-

temini kullanarak, hem tek kademeliye olan mecburiyeti ortadan kaldırmayı hem

de verilen birim enerji başına daha fazla soğutma yapabilme avantajını sun-

maktadır.

Anahtar Kelimeler: Atık ısı, Absorpsiyonlu Soğutma Sistemleri, Absorpsiyonlu

Isı Yükselticileri, Çift Kademeli Absorpsiyonlu Soğutma Sistemleri.

1. GİRİŞ­Absorbsiyonlu­ soğutma­ (ABS)­ sistemi,­ buhar­ sıkıştırmalı­mekaniksoğutma­sistemine­oldukça­benzerdir.­Soğutma­yükü,­soğutucu­akış-kanın­buharlaştırıcıda­buharlaşması­ile­karşılanır.­Buhar­sıkıştırmalımekanik­soğutma­çevrimindeki­mekanik­işlemin­yerini,­ABS­siste-minde­fiziko-kimyasal­işlemler­almıştır.­Mekanik­kompresör­yerine,ABS­sisteminde,­ termik­kompresör­kullanılmaktadır.­Soğutma­eldeetmek­için,­buhar­sıkıştırmalı­mekanik­soğutma­sistemindeki­meka-nik­ve­elektrik­enerjisi­yerine,­ABS­sisteminde­ısı­enerjisi­kullanıl-maktadır.­ Bunun­ sağlamış­ olduğu­ avantajlarla,­ çeşitli­ endüstriyel

Abs tract:

Absorption Refrigeration Systems arecoming forward in respect of utilisingwaste heat. Nevertheless, the COP ofthe single stage AbsorptionRefrigeration Systems, which repre-sents the cooling performance, is limit-ed and do not seem to increase after acertain temperature no matter how hotthe waste heat source temperature is.In this case, the double stageAbsorption Refrigeration Systemswhich presents better COP than thesingle stage Absorption RefrigerationSystems are coming to market. This isthe main reason for their commonlyusage. However, if the waste heatsource temperature is not highenough, the single stage AbsorptionRefrigeration Systems must be usedand this will result in lower coolingperformance when compared to thedouble stage Absorption RefrigerationSystems. In order to overcome this dis-advantage, this study presents a uniqealternative system which is anAbsorption Heat Transformer drivendouble stage Absorption RefrigerationSystems. This offers an advantage ofutilising the waste heat to generatehotter process water than the wasteheat source temperature using theAbsorption Heat Transformer systemand drive the double stage AbsorptionRefrigeration Systems using thisprocess water. So, instead of using thesingle stage, now we can use the dou-ble stage since we have hotter processwater and this means better coolingperformance.

Key Words:

Waste Heat, Absorption RefrigerationSystems, Absorption Heat Transformers,Double Stage Absorption RefrigerationSystems.

Absorpsiyonlu Isı YükselticisiTakviyeli Çift KademeliAbsorpsiyonlu Soğutma Sistemleri

6Ilhami horuz:Sablon 14.04.2015 14:36 Page 64

Makale

Tesisat Mühendisliği - Sayı 146 - Mart/Nisan 2015 65

tesislerdeki­ atık­ ısı­ enerjisinin­ değerlendirilmesi­ vetükenmez­ bir­ enerji­ kaynağı­ olan­ güneş­ enerjisininkullanılması­yoluyla,­enerjinin­pahalı­olduğu­günü-müzde­ABS­sistemleri­daha­ekonomik­olabilir­[1-4].ABS­ çevriminde,­ iki­ farklı­ akışkan­ dolaşır.Bunlardan­ birisi­ soğutucu­ akışkandır.­ Bu­ akışkanbuharlaştırıcıda­ buharlaşarak­ soğutma­ yükününortamdan­çekilmesini­sağlar.­Diğer­akışkan­ise­yutu-cu­(absorbent,­soğurucu)­akışkandır.­Bu­akışkan­çev-rimin­belli­bir­kısmında­soğutucu­akışkanı­taşır.­Sonyıllarda­ABS­sistemlerinde­çok­yaygın­olarak­kulla-nılan­akışkan­çifti­olarak­lityum­bromür-su­çifti­gözeçarpmaktadır.­ Lityum­ bromür-su­ çifti­ ile­ çalışanABS­sisteminde,­ soğutucu­akışkan­olarak­ su­kulla-nılmaktadır.­Lityum­bromür-su­çifti,­ideal­bir­çifttenistenen­ şartların­ çoğuna­ sahiptir.­ Bununla­ beraber,soğutucu­akışkanın­su­olması­nedeniyle,­buharlaştı-rıcı­sıcaklığı,­suyun­donma­noktası­ile­sınırlıdır.­Busebeple,­bu­çift­ile­çalışan­sistemler­genellikle­klimauygulamalarında­ yaygın­ kullanım­ alanları­ bulmuş-lardır­[5-6].

Atık­ısıyı­değerlendirme­konusunda­büyük­bir­potan-siyele­sahip­olan­ABS­Sistemleri­incelendiğinde,­atıkkaynak­sıcaklığının­belli­bir­değeri­aşması­durumun-da­tek­kademeli­sistemlerin­soğutma­tesir­katsayıla-rının­(STK)­belli­bir­değerden­sonra­artış­gösterme-mesi­ üzerine,­ yüksek­ sıcaklıklı­ atık­ ısıların­ gerikazanılması­için­tek­kademelilere­göre­daha­perfor-manslı­ çalışan­ (STK­ değerleri­ dahayüksek­olan)­çift­kademeli­ABS­sistem-leri­ ön­ plana­ çıkmaktadır.­ Fakat­ atıkkaynak­ sıcaklığı­ düşük­veya­orta­ sevi-yede­ ise,­ ısı­ geri­ kazanımı­ için­ çiftkademeli­ yerine­ tek­ kademeli­ sistemkullanılması­ mecburiyeti­ doğmaktadırki­ bu­ durum,­ çift­ kademeli­ sistemlekıyaslandığında,­performans­düşüklüğüile­kendini­göstermektedir.­Öte­yandanAbsorpsiyonlu­ ısı­yükseltici­ (AIY)­sis-temler­kullanmak­suretiyle­atık­kaynaksıcaklığından­daha­yüksek­sıcaklıklardaproses­ buharı/kızgın­ su­ elde­ etmekmümkündür.­ Bu­ çalışma,­ düşük­ sıcak-lıklı­ atık­ ısı­ kaynaklarının­ daha­ efektifbir­ şekilde­ geri­ kazanımını­ sağlayabil-

mek­adına,­bir­AIY­sistemi­kullanarak­düşük­sıcak-lıktaki­ atık­ kaynaktan­ ısı­ geri­ kazanımı­ yardımıyladaha­ yüksek­ sıcaklıklarda­ proses­ buharı/kızgın­ suelde­etmek­ suretiyle­ tek­kademeli­yerine­çift­kade-meli­bir­ABS­sistem­kullanma­potansiyelini­araştır-mayı­hedeflemektedir.

2. TEK KADEMELİ ABSORPSİYONLUSOĞUTMA SİSTEMİ

Tek­kademeli­ABS­sisteminin­şematik­olarak­göste-rildiği­Şekil­1’den­de­görüleceği­üzere,­sistemin­anaelemanları­ kaynatıcı,­ yoğuşturucu,­ buharlaştırıcı­ veabsorberdir.

Lityum­bromür-su­çifti­kullanan­ tek­kademeli­ABSsisteminin­çalışma­prensibi­aşağıda­belirtildiği­gibi-dir;­ absorberden­ çıkan­ ve­ bir­ pompa­ vasıtasıyla­ ısıeşanjöründen­geçerek­ısınan­lityum­bromür­bakımın-dan­fakir­eriyik­kaynatıcıya­gelir.­Kaynatıcıda,­dışa-rıdan­ verilen­ ısıyla,­ soğutucu­ akışkanın­ bir­ kısmıbuharlaşarak­eriyikten­ayrılır.­Buharlaşarak­kaynatı-cıyı­terk­eden­soğutucu­buharı,­yoğuşturucuya­girer.Kaynatıcıda­eriyik­içinden­soğutucu­buharının­ayrıl-masıyla­lityum­bromür­bakımından­zenginleşen­eri-yik­(zengin­eriyik),­ısı­eşanjöründe,­fakir­eriyiğe­ısıverdikten­ sonra­ absorbere­geri­ döner.­Kaynatıcıdanbuharlaşarak­ yoğuşturucuya­ giden­ soğutucu­ buharıburada­yoğuşarak­dışarıya­ısı­atar.­Yoğuşma­basıncı,izafi­ olarak­ buharlaşma­ basıncından­ büyüktür.

Şekil 1. Tek Kademeli Absorpsiyonlu Soğutma Sisteminin Şematik

Gösterimi

6Ilhami horuz:Sablon 14.04.2015 14:36 Page 65

Makale

66 Tesisat Mühendisliği - Sayı 146 - Mart/Nisan 2015

Basınç­kayıpları­düşünülmezse,­kayna-tıcı,­ yoğuşturucu­ basıncında,­ absorberise­ buharlaştırıcı­ basıncındadır.Yoğuşturucudan­ doymuş­ sıvı­ olarakçıkan­ soğutucu­ akışkan,­ kısılma­ vana-sından­ geçerek­ buharlaştırıcı­ basıncınakadar­ genleşir­ ve­ burada­ buharlaşarakbuharlaşma­ için­gerekli­ ısıyı­ soğutulanortamdan­çeker.­Buharlaştırıcıdan­doy-muş­ buhar­ veya­ kızgın­ buhar­ fazındaçıkan­soğutucu­akışkan­absorbere­girer.Absorberde,­ ısı­ esanjöründen­ geçirilipfakir­ eriyiğe­ ısı­ verdikten­ sonra­ birkısılma­ vanası­ yardımıyla­ absorberegelen­ zengin­ eriyik,­ buharlaştırıcıdangelen­soğutucu­buharını­yutar­(absorbeeder).­ Absorpsiyon­ işleminin­ iyi­ birşekilde­gerçekleşmesi­için,­absorberdenısı­ alınması­ gerekir.­ Absorber­ içindetekrar­ lityum­bromür­bakımından­ fakirhale­ gelen­ eriyik­ (fakir­ eriyik),­ birpompa­ vasıtasıyla­ tekrar­ kaynatıcıyagönderilir.­Verimi­arttırmak­için,­absor-berden­kaynatıcıya­gönderilen­fakir­eri-yik,­ kaynatıcıdan­ dönen­ zengin­ eriyiktarafından­bir­ısı­eşanjöründe­ısıtılır.

Şekil­1’de­gösterilen­tek­kademeli­ABSsisteminin­ lnP-h­ ve­ basınç-sıcaklıkdiyagramları­ sırasıyla­ Şekil­ 2­ ve­ Şekil3’de­gösterilmiştir.­Şekil­4’de­ise­lityumbromür­ konsantrasyonuna­ bağlı­ olarakkristalleşme­ sıcaklığı­ verilmiştir.Sistemin­hiçbir­ noktasında­hiçbir­ akış-kanın­ katı­ hale­ geçmesi­ istenmediğin-den,­kristalleşme­sıcaklığı­kontrol­edil-melidir;­ ki­ bu­ değer­ sistemin­ çalışmaaralığını­ da­ belirleyen­ bir­ değerdir.Şekil­4’den­de­görüleceği­üzere­lityumbromür­ konsantrasyonu­ arttıkça,­ kris-talleşme­sıcaklığı­artmaktadır.

Dolaşım­oranı,­ sistem­dizaynı­ ve­ opti-mizasyonu­ için­ önemli­ bir­ parametreolup,­ zengin­ eriyik­ kütlesel­ debisinin,

Şekil 2. Tek Kademeli Sistemin Basınç-Entalpi Diyagramı

Şekil 3. Tek Kademeli Sistemin Basınç-Sıcaklık Diyagramı

Şekil 4. Kristalleşme Sıcaklığının Lityum Bromür Konsantrasyonuna

Bağlı Değişimi

6Ilhami horuz:Sablon 14.04.2015 14:36 Page 66

Makale

Tesisat Mühendisliği - Sayı 146 - Mart/Nisan 2015 67

mz,­ soğutucu­ akışkan­ kütlesel­ debisine­ msoğ oranıolarak­tarif­edilebilir;

(1)

Soğutma­ Tesir­ Katsayısı­ (STK),­ çevrimin­ farklısıcaklıklar­arasında­ısı­transfer­kabiliyetinin­bir­ölçü-sü­olup,­birim­enerji­başına­alınan­soğutma­miktarıolarak­tarif­edilebilir­ki;­ABS­sisteminde­buharlaştı-rıcı­yardımıyla­ortamdan­ ısı­almak­(Qbuh)­ için­kay-natıcıya­(Qkay)­bir­ısı­kaynağından­enerji­aktarmamızgerekir.

(2)

burada;

(3)

(4)

Bu­ sıcaklıklar­ arasında­ çalışan­ Carnot­ çevrimiSTK’nın­üst­limitini­tayin­eder,

(5)

Şekil­5’te­tek­kademeli­bir­ABS­sisteminde­STK’nınatık­ kaynak­ sıcaklığına­ yani­ kaynatıcı­ sıcaklığınagöre­değişimi­sunulmuştur.­Şekil­5’ten­de­görüleceğiüzere­ atık­ kaynak­ sıcaklığı­ arttıkça­ verilen­ birimenerji­başına­alınan­soğutma­yükü­yani­STK­değeri

artmaktadır.­ Ancak­ bu­ artış­ 0,78­ değeri­ civarınakadar­olmakta­ve­bu­değerden­sonra­yatay­bir­deği-şim­göstermektedir.­Araştırmalar­atık­kaynak­sıcak-lığı­ne­kadar­artarsa­artsın­ tek­kademeli­ABS­siste-minin­ STK­ değerinde­ belli­ bir­ değerden­ sonra­ birartışa­ yol­ açmayacağı­ sonucunu­ göstermiştir.Buharlaştırıcı,­yoğuşturucu­ve­absorber­sıcaklıkları-nın­sabit­olmaları­dolayısıyla,­fakir­eriyiğin­konsant-rasyon­değeri­sabit­kalmaktadır.­Yoğuşturucu­sıcak-lığının­ve­dolayısıyla­sistem­üst­basıncının­sabit­tutu-lup­ kaynatıcı­ sıcaklığının­ arttırılması,­ kaynatıcıdandönen­ zengin­ eriyiğin­ konsantrasyonunu­da­ arttıra-caktır­(bakınız­Şekil­3).­Zengin­eriyik­konsantrasyo-nundaki­bu­değişim­dolaşım­oranını­ etkileyecek­vedolaşım­oranının­azalmasına­yol­açacaktır.­Dolaşımoranının­azalmasıyla,­kaynatıcıya­verilen­ısı­miktarıazalmakta­ ve­ dolayısıyla­ STK­ değeri­ artmaktadır.STK­değeri­ verilen­ birim­ iş­ başına­ alınan­ soğutmayükü­olarak­ tarif­ edildiğinden­ve­Şekil­ 5’te­verilençalışma­ şartlarında­ buharlaştırıcıdaki­ ısı­ transferiyani­soğutma­yükü­sabit­kalmakta­ve­azalan­dolaşımoranı­ dolayısıyla­ kaynatıcıya­ aktarılan­ ısı­ transferiazaldığından,­ STK­ değeri­ artmaktadır.­ Kaynatıcısıcaklığındaki­90­°C’den­sonraki­artış,­hem­kaynatı-cı­çıkışındaki­zengin­eriyik­konsantrasyonunun­kris-talleşme­ tehlikesinin­ artmasına­ yol­ açacak­ şekildeartmasına­hem­de­dolaşım­oranında­küçük­düşüşlereyol­açtığından,­sistemin­STK­değeri­artmadan­yatayseyre­ geçmektedir.­ Artan­ atık­ kaynak­ sıcaklığı­ vedolayısıyla­artan­kaynatıcı­sıcaklığıyla­artış­gösterenzengin­ eriyik­ konsantrasyonunun­ %66­ civarınakadar­bir­sorun­teşkil­etmediğini,­fakat­bu­değerden

daha­büyük­lityum­bromür­konsantras-yonunun­kristalizasyona­ sebep­olabile-ceği­ve­bu­sebeple­98­°C’nin­üzerinde-ki­çalışma­şartlarında­lityum­bromürünkatı­hale­geçme­ riskinden­dolayı­ siste-min­ çalışmasını­ sınırladığı­ gözlenmiş-tir.­Tek­kademeli­sistemin­STK­değeri-nin­ 0,78­ civarında­ olması­ ve­ atık­ kay-nak­ sıcaklığı­ ne­ kadar­ artarsa­ artsınSTK­ değerinde­ bir­ artışa­ yol­ açmadı-ğından,­iki­kademeli­sistemlerle­yükseksıcaklığa­ sahip­ atık­ ısı­ kaynaklarınındaha­performanslı­bir­şekilde­değerlen-dirilmesi­mümkün­olabilmektedir.

Şekil 5. Tek Kademeli Absorpsiyonlu Soğutma Sisteminin STK Değerinin

Kaynatıcı Sıcaklığına Göre Değişimi

6Ilhami horuz:Sablon 14.04.2015 14:36 Page 67

Makale

68 Tesisat Mühendisliği - Sayı 146 - Mart/Nisan 2015

3. ÇİFT KADEMELİ ABSORPSİYONLUSOĞUTMA SİSTEMİ

Çift­kademeli­bir­ABS­sisteminin­kullanılmasındakiana­gaye,­yüksek­sıcaklıklı­bir­ısı­kaynağı­söz­konu-su­ olduğunda­ tek­ kademeli­ bir­ sistemde­ mümkünolabilen­ maksimum­ STK­ değerinden­ daha­ yüksekbir­değer­elde­etmektir.

Çift­kademeli­sistemin­çalışma­prensibi,­yoğuşturu-cudan­atılan­ısıyla­extra­bir­kaynatıcının­beslenmesive­böylece­ilave­bir­ısı­kullanılmadan­buharlaşan­vesoğutma­devresine­giden­soğutucu­akışkan­miktarı-nın­arttırılması­ esasına­dayanır.­Çift­kademeli­ABSsistemi­bu­sebeple­iki­kaynatıcı­ve­iki­yoğuşturucu-ya­sahiptir.­Düşük­sıcaklıklı­kaynatıcı,­yüksek­sıcak-lıklı­ yoğuşturucudan­ alınan­ ısı­ enerjisi­ ile­ beslenir.Çift­ kademeli­ ABS­ sistemleri,­ absorberden­ çıkanLiBr­ bakımından­ fakir­ olan­ eriyiğin­ kaynatıcılarasirkülasyonu­bakımından­seri­akışlı­ve­paralel­akışlıolmak­ üzere­ iki­ grup­ altında­ incelenebilirler.­ Seriakışlı­çift­kademeli­sistem­ise­fakir­eriyiğin­izlediğiyola­göre;

•­ Seri­ akışlı­ 1­ (absorber-düşük­ sıcaklıklı­ kaynatıcı-yüksek­sıcaklıklı­kaynatıcı-absorber)

•­Seri­akışlı­2­(absorber-­yüksek­sıcaklıklı­kaynatıcı-düşük­sıcaklı­kaynatıcı-absorber)

olmak­üzere­ iki­çeşittir.­Paralel­akışlı­çift­kademelisistemde­ise­absorberden­çıkan­fakir­eriyik­iki­kısmaayrılarak­her­iki­kaynatıcıyı­da­besler.

Bu­ çalışma­ pratikte­ yaygın­ olarak­ kullanım­ alanıbulması­ve­daha­yüksek­performans­göstermesi­bakı-mından­ lityum­bromür­ -­ su­eriyiği­kullanan­paralelakışlı­çift­kademeli­ABS­sistemi­üzerinde­yoğunlaşa-caktır.­Şekil­6’da­şematik­olarak­gösterilen­bu­siste-min­ çalışma­ prensibi­ tek­ kademeli­ sistem­ ile­ aynıolup,­ farklılıklar­ olarak­ iki­ adet­ kaynatıcı,­ iki­ adetyoğuşturucu,­iki­adet­eriyik­eşanjörü­ve­iki­adet­eri-yik­pompasına­sahip­olmasının­yanında,­absorberdençıkan­lityum­bromür­bakımından­fakir­olan­eriyiğinikiye­ayrılarak­her­iki­kaynatıcıyı­da­aynı­anda­bes-lemesi­sayılabilir.­Şekil­6’da­şematik­olarak­gösteri-len­paralel­akışlı­çift­kademeli­ABS­sisteminin­lnP-hve­basınç-sıcaklık­diyagramları­ sırasıyla­Şekil­7­veŞekil­8’de­gösterilmiştir.

Şekil 6. Çift Kademeli Paralel Absorpsiyonlu Soğutma Sisteminin Şematik Gösterimi

6Ilhami horuz:Sablon 14.04.2015 14:36 Page 68

Makale

Tesisat Mühendisliği - Sayı 146 - Mart/Nisan 2015 69

4. TEK VE ÇİFT KADEMELİ SİSTEMLERİNKARŞILAŞTIRILMASI

Tek­kademeli­sistemin­STK­değerinin­artan­atık­ ısıkaynak­sıcaklığına­bağlı­olarak­belli­bir­değere­kadarartış­ göstermesi­ ve­ atık­ kaynak­ sıcaklığının90oC’den­ sonraki­ artışlarının­ STK­ değerinin­ artışıüzerinde­bir­etki­yaratamaması­üzerine,­yüksek­atıkkaynak­ sıcaklıklarının­ olduğu­ uygulamalarda­ ikikademeli­ sistemin­ tek­ kademeli­ sisteme­ göre­ dahaperformanslı­bir­şekilde­çalıştığı­Şekil­9’da­gösteril-miştir.­Şekil­9’da­STK­değerinin­atık­kaynak­sıcaklı-ğına­ veya­ diğer­ bir­ deyişle­ kaynatıcı­ sıcaklığınabağlı­olarak­değişimi­gösterilmiştir.­Şekil­9­karşılaş-

tırmanın­ yapılabilmesi­ açısındanaynı­ kaynaklar­ arasında­ çalışanideal­ bir­Carnot­ABS­ sistemininSTK’sı­ olan­ STKI’nın­ yanındatek­ve­paralel­akışlı­çift­kademelisistemlerinde­ STK­ değerleriniiçermektedir.­Şekil­9’da­yoğuştu-rucu­ve­buharlaştırıcı­sıcaklıklarısabit­ tutulmak­ üzere­ kaynatıcısıcaklığı­arttırıldığında­her­üç­haliçinde­ STK­ değerlerinin­ arttığıgözlenmektedir.­Paralel­akışlı­çiftkademeli­ sistemin­ STK­ değeritek­ kademeli­ sisteminkine­ göre

daha­ fazladır.­ Bunun­ sebebi,­ dışarıdan­ ilave­ bir­ ısıgirişi­ olmadan,­ kaynatıcıdan­ buharlaşarak­ ayrılansoğutucu­akışkan­debisinin,­paralel­akışlı­çift­kade-meli­sistemde,­tek­kademeliye­göre­daha­fazla­olma-sı­dolayısıyla,­soğutma­yükünü­arttırmasıdır.

5. ABSORPSİYONLU ISI YÜKSELTİCİSİAbsorpsiyonlu­Isı­Yükseltici­(AIY)­sistemi­şematikolarak­Şekil­10’dan­da­görüleceği­üzere­ABS­siste-mine­göre­farklı­bir­çevrime­göre­çalışmaktadır.­ABSçevriminde­ üst­ basınçta­ bulunan­ yoğuşturucu­ vekaynatıcı­alt­basınçta,­alt­basınçta­çalışan­buharlaştı-rıcı­ve­absorber­ise­üst­basınçta­çalışmaktadır.­Düşük

Şekil 7. Çift Kademeli Sistemin Basınç-Entalpi Diyagramı

Şekil 8. Çift Kademeli Paralel Absorpsiyonlu Soğutma Sisteminin

Basınç-Sıcaklık Diyagramı

6Ilhami horuz:Sablon 14.04.2015 14:36 Page 69

Makale

70 Tesisat Mühendisliği - Sayı 146 - Mart/Nisan 2015

seviyede­bir­ısı­kaynağı­tarafından­ısıtılan­buharlaş-tırıcıyı,­ soğutucu­ akışkan­ 4­ noktasında­ doymuşbuhar­veya­kızgın­buhar­fazında­terk­ederek,­eriyiktarafından­absorbe­edilmek­üzere­absorbere­girer.­10noktasında­zengin­olarak­absorbere­giren­lityum­bro-mür-su­eriyiği,­soğutucu­akışkanı­absorbe­ederek­lit-yum­bromür­bakımından­fakir­hale­geçerken­oluşanısı,­absorber­soğutma­suyu­tarafından­alınır.­5­nokta-sında­ absorberi­ terk­ eden­ fakir­ eriyik,­ bir­ miktarsoğutucu­ akışkanın­ buharlaşarak­ ayrılacağı,­ düşükseviyede­bir­ısı­kaynağı­tarafından­ısıtılan­kaynatıcı-ya­transfer­edilir.­1­noktasında­kızgın­buhar­fazındakaynatıcıyı­ terk­ eden­ soğutucu­ akışkan,­ yoğuşturu-cuda­ yoğuştuktan­ sonra­ birpompa­ yardımıyla­ AIY­ sistemi-nin­üst­basınç­kısmındaki­buhar-laştırıcıya­ gönderilir.­ Buharlaştı-rıcıda­ buharlaşan­ soğutucu­ akış-kan,­ çevrimi­ tamamlamak­ üzereyüksek­ sıcaklıkta­ absorbe­ edil-mek­ için­ absorbere­ girer.­ Buşekilde,­ absorberde­ oluşan­ ısıyıalması­ için­ kullanılan­ soğutmasuyu­ sıcaklığını,­ sistemi­ tahrikeden­ısı­kaynağının­sıcaklığındandaha­ yüksek­ bir­ sıcaklığa­ yük-seltmek,­AIY­sisteminin­eşsiz­birözelliğidir.­AIY­ sistemlerin­ per-formansları­ zengin­ ve­ fakir­ eri-yikler­arasına­karşıt­akımlı­bir­ısı

eşanjörü­monte­etmekle­arttırıla-bilir.

AIY­ sistemlerde­ kaynatıcı­ vebuharlaştırıcıya­ düşük­ veya­ ortasıcaklıktaki­ ısı­ kaynağından­ ısıverilirken­ absorberde­ yükseksıcaklıkta­ısı­üretimi­sağlanır.­AIYsistemlerde­ ısı,­ çevrim­ sıcaklığı-nın­en­yüksek­olduğu­nokta­olanabsorberde­üretilir­ki,­bu­AIY­sis-teminin­atık­ısı­kaynak­sıcaklığın-dan­ daha­ yüksek­ sıcaklıklardaproses­ buharı/kızgın­ su­ üretebil-mesi­anlamına­gelir­[7-10].

AIY­çevriminde,­kaynatıcı­ve­buharlaştırıcı­aynı­ısıkaynağı­tarafından­ısıtıldığı­takdirde,­üç­farklı­sıcak-lık­seviyesi­vardır;­kaynatıcı,­absorber­ve­yoğuşturu-cu­sıcaklıkları.­Eğer­bir­tek­ısı­kaynağı­hem­kaynatı-cı­ hem­ de­ buharlaştırıcıyı­ tahrik­ etmek­ için­ yeterlideğil­ise,­kaynatıcı­ve­buharlaştırıcı­iki­farklı­ısı­kay-nağı­tarafından­tahrik­edilebilir.­Şekil­10’da­şematikolarak­ gösterilen­ AIY­ sisteminin­ basınç-sıcaklıkdiyagramı­Şekil­11’de­gösterilmiştir.

Isıtma­tesir­katsayısı­(ITK),­çevrimin­farklı­sıcaklık-lar­arasında­ısı­transfer­kabiliyetinin­bir­ölçüsü­olup,

Şekil 9. Soğutma Tesir Katsayılarının Kaynatıcı Sıcaklığına Göre Değişimi

Şekil 10. Absorpsiyonlu Isı Yükseltici Sistemin Şematik Gösterimi

6Ilhami horuz:Sablon 14.04.2015 14:36 Page 70

Makale

Tesisat Mühendisliği - Sayı 146 - Mart/Nisan 2015 71

birim­enerji­başına­alınan­ısı­miktarı­olarak­tarif­edi-lebilir.­AIY­çevriminin­ITK­değeri;

(6)

burada;

(7)

(8)

(9)

Bu­ sıcaklıklar­ arasında­ çalışan­ Carnot­ çevrimiITK’nın­üst­limitini­tayin­eder,

(10)

Eğer­ Tbuh =­ Tkay ise,­ Denklem­ 10,­ aşağıdaki­ şekledönüşür;

(11)

burada;­ITKCar,­Carnot­çevriminin­ITK­değeri­olupdört­ ana­ sıcaklığa­bağlıdır­ ki­ bunlar­ sırasıyla;­Tbuh,buharlaştırıcı­ sıcaklığı,Tabs,­ absorber­ sıcaklığı,Tyoğ,yoğuşturucu­sıcaklığı­ve­Tkay,­kaynatıcı­sıcaklığıdır.Şekil­ 12’de­ AIY­ sisteminde­ ITK’nın­ atık­ kaynaksıcaklığına­yani­kaynatıcı­ sıcaklığına­göre­değişimi

sunulmuştur.­ Şekil­ 12’den­ degörüleceği­ üzere­ atık­ kaynaksıcaklığı­ arttıkça­ verilen­ birimenerji­ başına­ alınan­ ısıtma­ yüküyani­ITK­değeri­artmaktadır.

6. ABSORPSİYONLU ISI YÜKSELTİCİSİ TAHRİKLİÇİFT KADEMELİ ABSORPSİYONLU SOĞUTMA SİSTEMİ (ALTERNATİF SİSTEM)

ABS­ sistemini­ tahrik­ eden­ kay-nak­ sıcaklığı­ 90­ °C’ye­ kadarolması­ durumunda­ tek­ kademeli

sistemin­ STK­ değerinin­ artış­ gösterdiği,­ fakat90°C’den­daha­büyük­olması­durumunda,­sıcaklık­nekadar­artarsa­artsın­yatay­bir­seyir­izlediği­ve­yüksekkaynak­sıcaklığının­STK­üzerine­pozitif­bir­etki­yap-maması­üzerine,­kaynak­sıcaklığının­yüksek­olmasıdurumlarında­ çift­ kademeli­ sitemlerin­kullanılması,sistem­performansının­artması­açısından­tercih­edil-mektedir.­Sistemi­tahrik­eden­kaynak­sıcaklığı­yük-sek­ise,­çift­kademeli­ABS­sistemi­rahatlıkla­kullanı-labilir­ve­tek­kademeliye­göre­daha­yüksek­bir­per-formans­ elde­ edilebilir.­ Fakat­ aynı­ yüksek­ perfor-mansı­düşük­atık­ısı­kaynaklarının­değerlendirilmesiiçin­ kullanabilme­ avantajından­ mahrum­ kalınmışolunur.­Sanayide­90°C­civarında­atık­ısı­kaynakları-nın­çokluğu­dikkate­alındığında,­ tek­kademeli­ABSsisteminden­ başka­ alternatif­ kalmamaktadır.­ Buçalışma,­atık­ısı­kaynak­sıcaklıklarının­düşük­olduğudurumlarda­çift­kademeli­sistemin­kullanılabilmesinimümkün­ kılabilmek­ için­ AIY­ sistem­ tahrikli­ çiftkademeli­ABS­Sistemini­ önermektedir.­Burada­ anagaye,­düşük­sıcaklıklı­atık­ısı­kaynaklarıyla­AIY­sis-temleri­tahrik­ederek­atık­ısı­kaynak­sıcaklıklarındandaha­yüksek­sıcaklıklarda­kızgın­su­elde­etmek­sure-tiyle­çift­kademeli­ABS­sistemini­tahrik­etmek­sure-tiyle­atık­ısının­daha­verimli­bir­şekilde­değerlendi-rilmesini­ sağlamaktır.­ Önerilen­ alternatif­ sistemşematik­olarak­Şekil­13’de­gösterilmiştir.

Şekil­ 13’den­ de­ görüleceği­ üzere,­ düşük­ sıcaklıklıatık­ısı­AIY­sistemini­tahrik­etmekte­ve­bu­sisteminabsorberinin­ ürettiği­ ısı­ da­ çift­ kademeli­ ABS

Şekil 11. Absorpsiyonlu Isı Yükseltici Sistemin Basınç-Sıcaklık Diyagramı

6Ilhami horuz:Sablon 14.04.2015 14:36 Page 71

Makale

72 Tesisat Mühendisliği - Sayı 146 - Mart/Nisan 2015

Sistemininin­ yüksek­ sıcaklıklı­ kaynatıcısını­ tahriketmektedir.­Böylelikle­atık­ısı­daha­verimli­bir­şekil-de­değerlendirilmiş­olabilecektir.

7. ALTERNATİF SİSTEMİN TEK KADE-MELİ ABSORPSİYONLU SOĞUTMASİSTEMİYLE KARŞILAŞTIRILMASI

Şekil­14’de­STK­değerinin­atık­kaynak­sıcak-lığına­veya­diğer­bir­deyişle­kaynatıcı­sıcaklı-ğına­ bağlı­ olarak­ değişimi­ gösterilmiştir.Şekil­ 14­ karşılaştırmanın­ yapılabilmesi­ açı-sından­ aynı­ kaynaklar­ arasında­ çalışan­ tekkademeli­ve­AIY­sistemi­tahrikli­paralel­akış-lı­ çift­ kademeli­ABS­ sistemi­ olan­ alternatifsistemin­STK­değerlerini­içermektedir.

Şekil­ 14’de­ görüleceği­ alternatif­ sistem­ tekkademeli­ sisteme­ göre­ daha­ performanslıçalışmakta­ve­verilen­birim­enerji­başına­dahafazla­ soğutma­ yapabilmektedir.­ Böylelikledüşük­ sıcaklıklardaki­ atık­ ısının­ değerlendi-rilmesinde­normalde­tek­kademeli­ABS­siste-mi­ kullanmak­ ve­ dolayısıyla­ düşük­ perfor-mansa­razı­olma­zorunluluğu­ortadan­kalkmışve­ alternatif­ sistem­ kullanmak­ suretiyle­ tekkademeliye­ göre­ daha­ yüksek­ performanselde­edebilme­avantajı­doğmuştur.

SONUÇAtık­ ısıların­ değerlendirilmesinde­ ön­ plana

çıkan­ABS­sistemlerinden­tek­kademeli­olanlar,­atıkısı­sıcaklığı­belli­bir­değerden­sonra­ne­kadar­artarsa

Şekil 12. Absorpsiyonlu Isı Yükselticisi ITK’nın Kaynatıcı

Sıcaklığına Göre Değişimi

Şekil 14. Absorpsiyonlu Isı Yükselticisi Tahrikli Çift Kademeli

Absorpsiyonlu Soğutma Sisteminin Şematik Gösterimi

Şekil 13. Absorpsiyonlu Isı Yükselticisi tahrikli Çift Kademeli Absorpsiyonlu Soğutma Sisteminin Şematik Gösterimi

6Ilhami horuz:Sablon 14.04.2015 14:36 Page 72

Makale

Tesisat Mühendisliği - Sayı 146 - Mart/Nisan 2015 73

artsın­STK­değerlerinde­bir­artış­olamamakta­ve­atıkkaynak­ sıcaklığı­ sınırlı­ olduğundan­ dolayı­ da­ dahaperformanslı­olan­çift­kademeli­sistemlerin­kullanı-lamaması­ söz­ konusundur.­ Bu­ dezavantajı­ ortadankaldırmak­ için­ bu­ çalışma,­ pek­ eşine­ rastlanmamışbir­ alternatif­ sistem­ sunmakta­ ve­ düşük­ sıcaklıklıatık­ ısı­kaynağından­ tahrikli­bir­AIY­sistem­kullan-mak­suretiyle­yüksek­sıcaklıklı­kızgın­su­elde­etmekve­bu­kızgın­su­ile­çift­kademeli­ABS­sistemini­kul-lanarak­hem­ tek­kademeliye­olan­mecburiyeti­orta-dan­ kaldırmayı­ hem­ de­ verilen­ birim­ enerji­ başınadaha­fazla­soğutma­yapabilme­avantajını­sunmakta-dır.­Alternatif­sistemin­toplam­sistem­veriminin­hemAIY­ sistemin­ hem­ de­ çift­ kademeli­ABS­ sisteminverimlerinden­ dolayı­ düşük­ olabileceği­ iddiasınayanıt­olarak,­halihazırda­sanayide­mevcut­düşük­veorta­ sıcaklık­ seviyelerindeki­ atık­ ısı­ kaynaklarınınkapasitelerinin­ alternatif­ sistemin­ ihtiyacı­ olandanbile­ bir­ hayli­ büyük­ olduklarını­ belirtmek­ sanırımyeterli­olacaktır.­Aynı­atık­ ısı­kaynağı­ tek­kademeliABS­sistemi­yardımıyla­bile­değerlendirilmeye­kal-kılsa­ atık­ ısı­ kapasitesinin­ tamamından­ yararlanmaimkanı­olamayacaktır.­Alternatif­sistem­bu­bakımdanciddi­bir­avantaj­sağlayabilecektir.

SEMBOLLERCar CarnotDO Dolaşım­oranı­(-)h Entalpi­(kJ/kg)ITK Isıtma­Tesir­Katsayısı­(-)m Kütlesel­debi­(kg/s)P Basınç­(kPa)Q Isıl­Kapasite­(kW)STK Soğutma­Tesir­Katsayısı­(-)T Sıcaklık­(K­veya­°C)X Konsantrasyon­(-)

Alt İndislerAIY Absorpsiyonlu­Isı­Yükselticiabs Absorberyoğ Yoğuşturucubuh Buharlaştırıcıkay Kaynatıcıç Çıkışsoğ Soğutucu­akışkanz Zenginf Fakir

KAYNAKLAR[1] De­Vuono,­A.­C.­ve­arkadaşları,­“Development

of­ a­ Residental­ Gas-fired­ Double-effect­ AirConditioner-Heater­ Using­ Water­ and­ LithiumBromide”,­ASHRAE­ Transactions,­ Part­ 1,­ Vol96,­pp.­1494-1498,­1990.

[2] Chaudhari,­S.­K.­ve­arkadaşları,­“A­Study­of­ theOperating­ Characteristics­ of­ a­ Water-LithiumBromide­Absorption­Heat­Pump”,­Heat­RecoverySystems,­Vol­5,­No.­4,­pp.­285-297,­1985.

[3] Petty,­ S.­ E.,­Meacham,­ H.­ C.­ ve­ Cook,­ F.­ B.,“Status­ of­ the­ Double-effect­ Absorption­ HeatPump­(DEAHP)”,­ASHRAE­Transactions,­Part1,­Vol­96,­pp.­1491-1493,­1990.

[4] Gommed,­ K.­ ve­ Grosmann,­ G.,­ “PerformanceAnalysis­ of­ Staged­ Absorption­ Heat­ Pumps:Water-Lithium­ Bromide­ System”,­ ASHRAETransactions,­Part­1,­Vol­96,­pp.­1590-1598,­1990.

[5] Shankar,­ R.­ ve­ Srivinas,­ T.,­ “Modeling­ ofEnergy­ in­ Vapor­ Absorption­ RefrigerationSystem”,­Procedia­Eng­38:98–104,­2012.

[6] Iranmanesh,­ A.­ and­ Mehrabian,­ M.­ A.,“Thermodynamic­Modelling­of­a­Double-EffectLiBr-H2O­ Absorption­ Refrigeration­ Cycle”,Heat­and­Mass­Transfer,­48:2113–2123,­2012.

[7] Best,­ R.,­ Eisa,­ M.­ A.­ R.­ ve­ Holland,­ F.­ A.“Thermodynamic­ Design­ Data­ for­ AbsorptionHeat­Transformers,­Part­I:­Operating­on­Water-Lithium­ Bromide”,­ J.­ of­ Heat­ RecoverySystems,­Vol.­6,­pp.421-432,­1986.

[8] Yin,­J.­ve­arkadaşları­“Performance­Analysis­ofan­Absorption­Heat­Transformer­With­DifferentWorking­Fluid­Combinations”­Applied­Energy,Vol.­67­pp.­281-292,­2000.

[9] Zhao,­ Z.­ ve­ arkadaşları­ “ThermodynamicPerformance­ of­ a­ Double-Effect­ AbsorptionHeat-Transformer­ Using­ TFE/E181­ as­ theWorking­ Fluid”­ Applied­ Energy,­ Vol:­ 82,­ pp.107-116,­2005.

[10] Zhao,­Z.­ve­arkadasları­“The­ThermodynamicPerformance­ of­ o­ New­ Solution­ Cycle­ inDouble­ Absorption­ Heat­ Transformer­ UsingWater/Lithium­ Bromide­ as­ the­ WorkingFluids”,­Int.­Journal­of­Refrigeration,­Vol:­26,pp.­315-320,­2003.

6Ilhami horuz:Sablon 14.04.2015 14:36 Page 73