Kriyojenik çevrimlerin ekserji analizi

Kriyojeni alanı anlaşılması kolay olmayan bir alan gibi görünmüş olsa da günümüz endüstrisinde ve bilimsel alanda büyük bir etkiye sahiptir. Bu çalışmada Kriyojeni alanının bir kısım çevrimlerine ekserji analizi ve lokal optimizasyon metotlarını uygulayarak optimum çalışma şartları aranmıştır. En çok kullanılan yöntem olan kademeli buhar sıkıştırmalı kaskad kriyojenik çevrimine, Termodinamiğin birinci ve ikinci kanunları, ekserji analizi ve lokal optimizasyon metotları uygulanmıştır. Kuşkusuz bu çevrimlere yeni kademeler eklenmesi ve yeni cihazların çevrimlere katılması ile yeni kriyojenik çevrimler elde edilebilmektedir. Bunun için şartlar, ihtiyaç ve talepler göz önünde bulundurularak, kademeli buhar sıkıştırmalı kaskad kriyojenik çevriminden yeni çevrimler ortaya çıkarmak mümkündür. İki ve üç kademeli buhar sıkıştırmalı kaskad kriyojenik çevrimlerinin elde edilen bulgu ve sonuçlarından, incelenen bu iki çevrimin optimum çalışma şartları ortaya konmuştur. İki kademeli çevrimde istenen kriyojonik soğutma için minimum toplam işin, maksimum ekserji veriminin ve minimum ekserji kaybının P7=2400 kPa civarında elde edildiği görülmüştür. Üç kademeli buhar sıkıştırmalı kaskad kriyojenik çevriminde yüksek verim ve yüksek COP değerleri elde etmek için iş akışkanının izin verdiği ölçüde kompresör sıkıştırma oranının düşürülmesi ve kısılma vanasında ortaya çıkan iş kayıplarını kazanca dönüştürmek için kısılma vanası yerine türbin kullanılması gerektiği anlaşılmıştır. Kompresör sıkıştırma oranının yüksek olması çevrime harcanan işi ve atılan ısı miktarını artırmakta ve çevrimin COP değerlerini düşürmektedir. Kısılma vanası yerine türbin kullanılması ile elde edilen iş kompresör işine harcanmakta böylece çevrimin dışarıdan ihtiyaç duyduğu iş miktarı azaltılabilmektedir. Bu sebepten çevrim verimi ve COP değerleri artırılabilmektedir.