Verbetering van een transkritische CO₂-koelinstallatie met thermo-elektrische subkoeling

14 december 2021

Het koudemiddel CO₂ biedt naast veel voordelen een belangrijk nadeel: vanwege zijn lage kritische temperatuur zorgt het voor lage prestaties bij eenvoudige transkritische koelcycli.

Om de energetische prestatie van de transkritische CO₂-koelcyclus te verbeteren, kan men subkoeling gebruiken, waarbij vaak een interne warmtewisselaar wordt geïmplementeerd. Spaanse wetenschappers stellen voor om dit element te vervangen door een thermo-elektrisch subkoelingsysteem. Uit eerder onderzoek blijkt dat thermo-elektrische subkoeling veelbelovend is om de COP en koelcapaciteiten van transkritische CO₂-cycli in kleine of middelgrote koelsystemen te verbeteren.

Resultaten uit experimentele bevindingen
Het Spaanse onderzoeksteam heeft theoretische studies op dit gebied onderbouwd met resultaten uit experimentele bevindingen. Voor hun onderzoek hebben de onderzoekers een koelsysteem met een transkritische éénfase-cyclus met een kleine tot gemiddelde capaciteit getest onder uiteenlopende functioneringsomstandigheden. De thermo-elektrische subkoeler werd geïnstalleerd aan de uitlaat van de gaskoeler en vervolgens getest bij omgevingstemperaturen van 25 °C en 30 °C, terwijl het verdampingsniveau standaard op -10 °C werd gehouden. Door de warmteafvoer en de elektriciteitsspanning te variëren probeerde men COP en prestaties te maximaliseren.

Verbeteringen ten opzichte van CO₂-systemen zonder subkoeling
Uit de tests bleek dat de thermo-elektrische subkoeler verbeteringen van 9,9 tot 16,0 procent oplevert ten opzichte van CO₂-systemen zonder subkoeling. Er blijkt een optimale voedingsspanning te bestaan (2 Vdc) die zowel de prestaties als de COP verbetert. Ook variaties in de druk kunnen de prestaties positief beïnvloeden, waarbij de optimale druk bij 30 °C met 3,3 bar verlaagd wordt. In alle bestudeerde gevallen biedt thermo-elektrische subkoeling betere resultaten dan interne warmtewisselaars.