Application of organic Rankine cycle (ORC) system to marine vessels

Deniz taşıtlarında farklı sıcaklık aralığında ve farklı türde atık ısı kaynaklarının bir arada bulunması sebebiyle, atık ısıları toplamada kullanılamayacak ısıyı azaltmak için bir optimum ısı değiştirici ağı (IDA) tasarımı ihtiyacı bulunmaktadır. Deniz taşıtları için Organik Rankine çevrimi (ORÇ) sistemleri konusunda yapılan çalışmalarda, farklı türde atık ısı kaynaklarından yararlanan gemiler için pinç noktası analizi kullanılarak optimal IDA tasarımı oluşturulması konusu dikkate alınmamıştır. Bu tezin ilk amacı, referans olarak alınan bir konteyner gemisinin ORÇ entegreli atık ısı geri kazanım sistemi (AIGS) için optimal IDA tasarımını pinç noktası analizini kullanarak belirlemek ve böylece toplam enerji verimliliğini iyileştirmektir. Tanker gemilerinde kargo yağ pompası türbini (KYPT) bazlı yüksek potansiyelli atık ısının bulunabilmesi, ORÇ kullanımı için avantajlı çözümler sunabilmektedir. Tezin ikinci amacı, tanker gemileri için hem gemi dizel motorlarının seyir sırasındaki atık ısısını hem de limanlarda yük boşaltma operasyonları sırasında KYPT bazlı atık ısıyı kullanabilen yeni bir AIGS tasarımı önerisi sunmaktır. Bu amaçla, referans olarak ele alınan bir petrol tankeri gemisinin atık ısı kaynakları tanımlanmış ve termodinamik analizleri yapılmıştır. Çalışmanın son hedefi, her iki örnek çalışma için önerilen sistem tasarımlarının uygulanmasına ilişkin karar verme süreçlerine yardımcı olmak ve daha iyi olan sürdürülebilirlik performanslarını belirtmek amacıyla ekserjetik sürdürülebilirlik göstergelerini ortaya koymaktır. Sonuçlar, tüm atık ısının termal yağ ile toplanamayacağını, bir kısmının denize atılması gerektiğini göstermektedir. Seçilen alternatifler arasında en verimli ve sürdürülebilir çalışma akışkanları konteyner gemisi için 1,4 MPa'dan daha yüksek evaporatör basınçlarında R1234ze(Z), tanker gemisi için R1233zd(E) olarak bulunmuştur. Tam yük işletimde KYPT bazlı atık ısı geri kazanım potansiyelinin, ana makinenin seyir sırasında tam yükteki atık ısı geri kazanım potansiyeline göre yaklaşık 3,5 kat daha yüksek olduğu sonucuna ulaşılmıştır.