THERMODYNAMIC ANALYSIS BASED ON ENERGY AND EXERGY APPROACHES OF COMBINED ORGANIC RANKINE-VAPOR COMPRESSION REFRIGERATION SYSTEM DRIVEN BY LOW-GRADE WASTE HEAT


Hacıpaşaoğlu S. G. , Aktemur C., Akbıyık M.

Uluslararası Katılımlı 23. Isı Bilimi ve Tekniği Kongresi, Gaziantep, Turkey, 8 - 10 September 2021, pp.1418-1431

  • Publication Type: Conference Paper / Full Text
  • City: Gaziantep
  • Country: Turkey
  • Page Numbers: pp.1418-1431

Abstract

Performance analysis of the Organic Rankine Cycle-Vapor Compression refrigeration (ORC-VCR) system, which is a system used for obtaining electrical energy and cooling from various waste heat sources, was performed. In this study, a combined ORC-VCR system operating from low-grade waste heat (<150 oC) is designed. Low global warming potential fluids such as R1233zd(E), Cyclohexane, Cyclopentane and R1234ze(Z) were used for the ORCVCR system, and thermodynamic analysis based on energy and exergy was carried out. The effects on the performance parameters of the system were investigated in the context of various evaporator, boiler and condenser temperature ranges. Cyclopentane and R1233zd(E) exhibited best and worst performance, respectively, across all evaporator, condenser and boiler temperature ranges. COPORC-VRC value of the system using cyclopentane fluid is approximately 19% higher than that of using R1233zd(E) fluid. The most exergy destruction occurred when cyclopentane fluid was used in the condenser, which is the most contributing component to the exergy destruction. Considering all fluids, the least exergy destruction occurred in the mixing chamber. As a result, cyclopentane has a high flammability potential and companies should take extra precautions in the system used.

Çeşitli atık ısı kaynaklarından hem elektrik enerjisi elde etmek hem de soğutma yapabilmek amacıyla kullanılan bir sistem olan Organik Rankine Çevrim-Buhar Sıkıştırmalı Soğutma (ORC-VCR) sisteminin performans analizi yapılmıştır. Bu çalışmada, düşük dereceli atık ısı (<150 oC) kaynaklı çalışan kombine ORC-VCR sistemi tasarlanmıştır. ORC-VCR sistemi için R1233zd(E), Siklohekzan, Siklopentan ve R1234ze(Z) gibi düşük küresel ısınma potansiyeline sahip akışkanlar kullanılmıştır ve enerji ve ekserjiye dayalı termodinamik analizi gerçekleştirilmiştir. Çeşitli evaporatör, kazan ve kondenser sıcaklık aralıklarına göre sistemin performans parametrelerinin üzerindeki etkileri irdelenmiştir. Tüm evaporatör, kondenser ve kazan sıcaklığı aralıklarında sırasıyla en iyi ve en kötü performansı sırasıyla siklopentan ve R1233zd(E) sergilemiştir. Evaporatör sıcaklığı -20°C olduğunda, siklopentan akışkanı kullanılan sistemin COPORCVRC değeri R1233zd(E) akışkanı kullanılan sistemin COPORC-VRC değerinden yaklaşık %19 daha fazladır. En fazla ekserji yıkımı, ekserji yıkımına en çok katkıda bulunan bileşen olan kondenserde siklopentan kullanıldığında meydana gelmiştir. Tüm akışkanlar göz önüne alındığında ise en az ekserji yıkımı karışım odasında meydana gelmiştir. Sonuç olarak, siklopentan yüksek yanıcılık potansiyeline sahiptir ve kullanılan sistemde firmalar ekstra önlem almalıdırlar.