Ultra Düşük Sıcaklıkta (-78 °C) Kaskad Soğutma Sisteminin Farklı Tasarım ve Operasyon Parametreleri İçin Teorik Analizi

Abstract

Ultra düşük sıcaklıkta çalışan soğutma sistemlerinin kullanım alanları oldukça yaygındır. Özellikle biyolojik ürünlerin uzun süre depolanabilmesi için ultra düşük sıcaklıklarda çalışabilen soğutma sistemlerine ihtiyaç vardır. Bunun önemli örneklerinden biri Covıd-19 salgınını sonlandırmaya yönelik SARS-CoV-2 virüsüne karşı geliştirilmiş Pfizer/BioNTech aşısı için gerekli saklama koşulları, -70 °C’de 6 ay, buzdolabında ise +4 °C’de 5 gün saklanabilmektedir. Ayrıca, hayati önem taşıyan kan ve kan bileşenlerinin de uzun süre depolanması işlemi bu sıcaklık şartlarında gerçekleştiğinden bu sistemlerin verimli bir şekilde çalışması oldukça önemlidir. Ultra düşük sıcaklık değerlerini sağlamak için uygulamalarda iki kademeli soğutma sistemleri kullanılmaktadır. Bu çalışmada, biyolojik ürünlerin depolama sıcaklığını ultra düşük bir sıcaklık (-78 °C) değerine düşürebilecek farklı soğutma kapasitelerinde (1, 3, 6, 9 kW) tasarlanan bir kaskad soğutma sistemi teorik olarak modellenmiştir. Kaskad soğutma sisteminin yüksek sıcaklık çevriminde R404A; düşük sıcaklık çevriminde ise R508B soğutucu akışkanı kullanıldı. Modelde yoğuşma, kaskad buharlaşma sıcaklıkları gibi çalışma parametrelerinin sistem performans katsayısına (COP) etkileri belirlendi. Böylece farklı soğutma kapasiteleri için optimum çalışma parametreleri önerildi.