Onderzoek naar tweetrapscompressoren in kleine commerciële transkritische CO2-koelsystemen

Een Braziliaans-Amerikaans onderzoeksteam heeft in een experimenteel onderzoek de verschillende toepassingsmogelijkheden bestudeerd van tweetrapscompressoren met variabele snelheden in kleinschalige commerciu00eble koelunits.
Delen:

Het team evalueerde daarbij de veranderingen in het thermodynamisch gedrag van een dergelijk koelsysteem in verschillende technische opstellingen, daarbij rekening houdend met de gewenste lage kosten.

Standaardkoelcyclus met tweetrapszuigercompressor
Voor de studie gebruikten de onderzoekers een standaardkoelcyclus met een vermogen van ongeveer 1.250 W, aangedreven door een tweetrapszuigercompressor van 1,28 cm³ en 0,84 cm³, met toerengeregelde capaciteit en luchtkoeling tussen de trappen. De opstelling werd vervolgens al dan niet uitgerust met een interne warmtewisselaar, een flashgas-bypass, extra koudemiddelinjectie tussen beide compressortrappen, en verschillende combinaties van die aanvullingen. De snelheid van de warmtewisseling in de luchtkoeler werd geregeld door een kleinschalige windtunnel. Voor elke technische opstelling is een procedure uitgevoerd om de koudemiddelvulling en openingsgrootte van de expansieklep te optimaliseren.

Performanceverliezen bij cycli met interne warmtewisselaar
In het onderzoek bleek onder meer dat koudecycli zonder interne warmtewisselaar goed functioneren binnen een breed bereik bij vaste combinaties van koudemiddelvulling en expansiegrootte. Bij cycli met een interne warmtewisselaar en een toerengeregelde compressorsnelheid kunnen bij sommige compressorontwerpen grote performanceverliezen optreden. Dit type cyclus werkt vooral goed bij lage compressorsnelheden.

Het belang van oververhittingscontrole
Bij de constructie met een interne warmtewisselaar kan oververhitting optreden. Een juiste oververhittingscontrole bij een variatie van meer dan 3 K kan de COP bij compressorfrequenties van 45 tot 75 Hz verhogen met 12,9 % tot 17,2 %. De combinatie van een interne warmtewisselaar, tweetraps expansie en een tussengevoegde flashgas-bypass zorgt voor een toename van de koelcapaciteit met 7,5 % en een stijging van de COP van 15,5 % tot 18,1 % bij frequenties van 45 tot 75 Hz.

Commentaar op het onderzoek van Geert Doornbos (TransferWorks):
“Bij de huidige stand der techniek mag je als koudefactor ongeveer 2,0 verwachten, en niet 1,1-1,3, zoals in het onderzochte systeem. De conclusie van de onderzoekers dat de extra voorzieningen zin hebben bij lage toerentallen klopt natuurlijk. Alleen zou het verstandig zijn om eerst wat te doen aan de te lage systeemrendementen.”

• Onderzoekers: Bruno Yuji Kimura de Carvalho & Cláudio Melo, Federal University of Santa Catarina, Florianopolis, Brazilië & Roberto Horn Pereira, LÁquila Inc., Suwanee, Verenigde Staten.
• Uit: International Journal of Refrigeration, n° 106 (2019), pp 604-615.