Farklı kesitlere ve uzunluklara sahip iç ısı değiştiricisinin R290 ve R1234yf soğutucu akışkanları kullanarak termal performansının tek boyutlu analiz yöntemiyle incelenmesi

Abstract

PFAS içeren malzemelerin insan sağlığına ve çevreye zararlı etkileri giderek daha fazla bilinir hale gelmiştir. Avrupa Parlamentosu ve Konseyi tarafından güncellenen EU 1907/2006 regülasyonuna göre yakın zamanda PFAS kimyasalı içeren malzemelerin otomotiv sektöründe yasaklanacağı bilinmektedir. Bu nedenle otomotiv klima sistemlerinde kullanılan (R134a ve R1234yf gibi) PFAS içerikli soğutucu akışkanların yerini daha güvenli ve çevre dostu alternatifler almalıdır. Binek araç kategorisinde yaygın olarak kullanılan R1234yf soğutucu akışkana alternatif olabilecek PFAS içermeyen ve çevre dostu bir seçenek olarak R290 (Propan) öne çıkmaktadır. Bu nedenle R1234yf ile R290 soğutucu akışkanları bu çalışma için seçilmiştir. Çalışmada, otomotiv klima sistemlerinde soğutma performansını arttıran iç ısı değiştiricisinin (IHX) tek boyutlu modeli Amesim simülasyon programında oluşturulmuştur. 600 mm uzunluğa ve 6 büküme sahip IHX üzerinde 2 farklı kesit alanı (10 dişli ve 15 dişli) seçilmiş olup, 3 farklı kütlesel debide (düşük, orta ve yüksek) ve 2 farklı soğutucu akışkan (R1234yf ve R290) kombinasyonları kullanılarak, yüksek basınçlı sıvı hattından, düşük basınçlı gaz hattına olan ısı transferleri incelenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre IHX’in R290 ile kullanımında R1234yf’ye göre her debi ve kesit için ortalama %93 daha fazla ısı transferi sağladığı belirlenmiştir. Ayrıca 15 dişli kesite sahip IHX’in her iki soğutucu akışkan ile kullanımında 10 dişli kesite göre %3 daha fazla ısı transferi sağladığı görülmüştür. Bu bulgular R290 soğutucu akışkanın ve 15 dişli kesit alanın, potansiyel olarak daha verimli bir alternatif olabileceğini göstermektedir.The harmful effects of materials containing PFAS on human health and the environment are becoming increasingly recognized. According to the updated EU Regulation 1907/2006 by the European Parliament and Council, materials containing PFAS chemicals will soon be banned in the automotive sector. Therefore, safer, and more environmentally friendly alternatives should replace PFAS-containing substances used in automotive air conditioning systems, such as R134a and R1234yf. R290 (Propane) emerges as a PFAS-free and environmentally friendly option that could serve as an alternative to the widely used R1234yf coolant in the passenger vehicle category. In the study, a 1-D model of the internal heat exchanger (IHX) component, which enhances cooling performance in automotive air conditioning systems, was created using the Amesim simulation program. On the IHX component with a length of 600mm and 6 bends, two commonly used cross-sections (10-tooth and 15-tooth) were selected. Heat transfer from the high-pressure liquid line to the low-pressure gas line was analyzed using three different mass flow rates (low, medium, and high) and combinations of two different refrigerants (R1234yf and R290). According to the results obtained, it was determined that the IHX component with R290 usage provided an average of 93% more heat transfer than R1234yf for each flow rate and cross-section. Additionally, it was observed that the IHX component with a 15-tooth cross-section provided 3% more heat transfer than the 10-tooth cross-section when used with both refrigerants. These findings indicate that R290 refrigerant and a 15-tooth cross-section have the potential to be more efficient alternatives.