Soğutma sistemleri ve uygulamaları için yeni bir hibrit don algılama ve buz çözme sisteminin geliştirilmesi

Biyolojik örneklerin tekrar tekrar toplanması ve daha sonraki bir aşamada analizler için korunması, biyomedikal araştırmanın önemli bir yönüdür. Uygun saklama koşulları sağlanmazsa, dünya çapında her gün toplanan milyonlarca numune bozulabilir. Bu nedenle, bu numunelerin zaman içinde bütünlüğünü koruyacak kadar verimli bir depolama tesisine sahip olmak zorunludur. Soğutma sistemleri, depolama tesislerinde uygun termal koşulları koruyarak numunelerin bozunma sürecini geciktirmede çok önemli bir rol oynamaktadır. Ancak, soğutma sisteminin aralıksız çalışması ve depolama tesisi içinde nem bulunması, evaporatör yüzeyinde buzlanma ile sonuçlanabilir. Buzlanma, buzdolabı kabini içindeki ısı transfer sürecini doğrudan etkilediğinden, soğutma sistemlerinin performansına çok zarar veren bir durumdur. Kompresör üzerindeki iş yükü, buzlanma koşullarında çok artar ve buzdolabı istenen sıcaklığı korumak için yüksek efor sarfeder. Buna bağlı olarak, enerji tüketimi ve depolanan numunelerin zamanla bozulma olasılığı artar. Ticari soğutma sistemleri, herhangi bir buz tespit çalışması olmaksızın tek taraflı/geri beslemesiz ve periyodik bir buz çözme döngüsü kullanır, bu da daha düşük verimliliğe yol açar. Bu nedenle, yalnızca buz varlığını tespit etmekle kalmayan, aynı zamanda depolanan numunelerin kalitesini etkilemeden istenildiği anda evaporatörün buzunu çözmek için önlemler alan akıllı bir sisteme ihtiyaç vardır. Bu çalışmanın ilk bölümünde, yeni bir foto-kapasitif algılama tekniği ve eklemeli üretimle üretilebilir sensör ve buz çözme ısıtıcısından oluşan bir hibrit buz algılama – buz çözme sistemi (hybrid frost detection – defrosting system: HFDDS) geliştirilmiştir. HFDDS don oluşumunu algılayabilir, %5 hata payıyla 1,3 ila 8 mm arasında buz kalınlığını ölçebilir ve kritik donma kalınlığına ulaşıldığında bir defrost tepkisini tetikleyebilir. HFDDS, soğutma sistemleri için verimsiz kör/tek taraflı ve periyodik buz çözme yerine isteğe bağlı bir buz çözme sağlamayı hedefler. Bu araştırmanın ikinci bölümünde, gerçek zamanlı buz kalınlıklarını kullanan soğutma sistemi için istenen anda çalışan yeni bir buz çözme yaklaşımı sunulmaktadır. İlk bölümde geliştirilen hibrit don algılama ve buz çözme sistemi, gerçek zamanlı olarak don kalınlığını ölçmek ve 12 W'lık bir ısıtıcı kullanarak evaporatörün buzunu çözmek için kullanılmıştır. Donma bazlı defrost eşiğinin kalınlığının buzdolabının enerji tüketimine etkisi değerlendirilmiştir. 6 mm'lik buz çözme eşiği, test buzdolabının varsayılan kör ve periyodik buz çözme stratejisine kıyasla maksimum %10 enerji tasarrufu sağlar. Bu araştırma çalışmasının üçüncü bölümünde, defrost uyumsuzluğunu en aza indirmek için yeni, donma geri beslemesine dayalı dağıtılmış bir buz çözme yaklaşımı önerilmiştir. Evaporatör, donma dağılım modeline göre üç bölgeye ayrılmıştır. Bu bölgelerin her biri, bir optik donma geri besleme sensörü tarafından kontrol edilen, eklemeli üretilmiş düşük güçlü bir buz çözme ısıtıcısı ile donatılmıştır. Donma geri bildirimine dayalı dağıtılmış yaklaşımın, buz çözme senkronizasyonsuzluğunu ortadan kaldırmada etkili olduğu kanıtlanmıştır. Donma geri bildirimi, dağıtılmış/ayrıklaştırılmış bölgedeki buz erir erimez sistemin defrost işlemini sonlandırmasını sağlar, ve bu da defrost enerjisini önemli ölçüde azaltır. Dağıtılmış yaklaşım, buz çözme sırasında kabin sıcaklığındaki artışı en aza indirir ve bu nedenle sonraki döngüde harcanan enerjinin azalmasına yol açar. Donma geri beslemesine dayalı dağıtılmış yaklaşımın sonuçları, hali hazırda varolan tek bir buz çözme ısıtıcısı kullanılan sıcaklığa dayalı stratejiyle karşılaştırıldı. Ayrı ayrı konumlandırılan üç defrost ısıtıcının 6 W'ta donma geri beslemesi temelli çalışması, sıcaklığa dayalı stratejiye kıyasla maksimum toplam enerji tasarrufunun %18,9 olduğunu gösterdi.