Onderzoek naar transkritische CO₂-koelinstallatie met geïntegreerde mechanische subkoeling

19 november 2021

Geïntegreerde mechanische subkoeling lijkt CO₂-koelcycli sterk te kunnen verbeteren. Er zijn echter nog geen experimentele testen met deze techniek uitgevoerd.

Spaanse wetenschappers wilden experimenteel bepalen onder welke bedrijfsomstandigheden een transkritische CO₂-koelinstallatie met geïntegreerde mechanische subkoeling optimaal functioneert. Op basis van metingen wilden ze met name bepalen welke optimale druk en subkoelingsgraad tot een zo hoog mogelijke COP leiden.

Eentraps transkritisch koelsysteem
De wetenschappers gebruikten een eentraps transkritisch koelsysteem met geïntegreerde subkoeling, waarbij de gassen aan de uitgang van de subkoeler worden onttrokken. De koelcyclus maakt gebruikt van een semi-hermetische compressor en tweetraps expansie met elektronische expansiekleppen en een interne vloeistofontvanger. De subkoeler bevindt zich onmiddellijk na de gaskoeler. De experimenten zijn uitgevoerd onder stationaire omstandigheden, bij drie verschillende omgevingstemperaturen (25,0 °C, 30,4 °C en 35,1 °C), met verdampingsniveaus tussen -15,6 °C en -4,1 °C en een temperatuur van de koudebron die varieerde tussen -1,3 °C en 10 °C. De hoofdcompressor draaide op een regulier toerental, terwijl de snelheid van de secondaire compressor werd aangepast om optimale onderkoeling te bewerkstelligen.

Uitlaattemperatuur van de gaskoeler
Bij een temperatuur van -1,3 °C bij de koudebron bleek de COP tussen 1,40 en 1,87 te liggen, en het koelvermogen tussen 6,5 kW en 7,7 kW. Bij een koudebron van 10 °C lag de COP tussen 1,81 en 2,48 en het koelvermogen tussen 8,6 kW en 10,3 kW. Enerzijds blijkt de optimale druk sterk afhankelijk van de uitlaattemperatuur van de gaskoeler, maar de mate van verdamping speelt daarbij nauwelijks een rol. Anderzijds houdt de optimale onderkoelingsgraad direct verband met de uitlaattemperatuur van de gaskoeler en van de verdampingstemperatuur. De optimale druk-correlatie verschilt aanzienlijk in vergelijking met die van transkritische CO₂-koelsystemen zonder geïntegreerde mechanische subkoeling.