The effect of temperature glide of R407C refrigerant on the power of evaporator in air refrigerators

• Autorzy: Nowak B. , Życzkowski P.

Warianty tytułu

PL

Wpływ poślizgu temperatury czynnika chłodniczego R407C na moc parownika chłodziarki powietrza

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article discusses the effect of the phenomenon of temperature glide of zeotropic refrigerants on thermal power of an evaporator in an air compression refrigerator. Zeotropic mixtures are subject to phase transitions, the process of which significantly differs from that of homogeneous refrigerants. In contrast to homogeneous refrigerants, where boiling and condensing processes take place at a constant temperature, for the zeotropic mixtures it is essential to know the vapor quality to unambiguously determine the temperature at which the evaporation process is initiated. The R407C refrigerant serves as an example to describe the method of determining the initial temperature of the evaporation process taking into account the effect of temperature glide. The developed formula (7) has been based on a proven linear course of isobars in the two-phase region (Fig. 5) and thus determining a polynomial describing their angle of inclination (8). In addition, temperature calculation formulas (9) and specific enthalpy (10) of dry saturated vapor of the R407C refrigerant have been presented as well. This approach allows to determine the temperature of the R407C refrigerant at the inlet to the evaporator without the required knowledge of its vapor quality. The previously used simplified methods for determining the temperature of a refrigerant at the inlet to the evaporator result in considerable deviations in calculated power of the evaporator compared with its actual value. The presented calculation example involving mine air compression refrigerator of TS-450P type shows that relative deviations of the evaporator thermal power may even exceed 20%. This example compares two simplified methods for determining zeotropic evaporating temperature of a refrigerant used in comparative calculations of refrigerants with the method presented in this article.

PL

W artykule przedstawiono wpływ zjawiska poślizgu temperatury zeotropowych czynników chłodniczych na moc cieplną parownika sprężarkowej chłodziarki powietrza. Mieszaniny zeotropowe podlegają przemianom fazowym, których przebieg znacznie różni się od czynników jednorodnych. W odróżnieniu od jednorodnych czynników chłodniczych, których procesy wrzenia i skraplania odbywają się przy stałej temperaturze, dla mieszanin zeotropowych do jednoznacznego określenia temperatury początku procesu parowania niezbędna jest znajomość stopnia suchości pary. Na przykładzie czynnika chłodniczego R407Copisano metodę wyznaczania temperatury początkowej procesu parowania uwzględniającą zjawisko poślizgu temperatury. Opracowana zależność (7) powstała w oparciu o udowodniony liniowy przebieg izobar w obszarze pary mokrej (rys. 5) i określeniu na tej podstawie wielomianu opisującego ich kąt nachylenia (8). Dodatkowo przedstawiono wzory obliczeniowe temperatury (9) oraz entalpii właściwej (10) pary nasyconej suchej czynnika chłodniczego R407C. Takie podejście do problemu pozwala na wyznaczenie temperatury czynnika chłodniczego R407C na wlocie do parownika bez wymaganej znajomości stopnia suchości pary czynnika. Dotychczas stosowane uproszczone metody wyznaczania temperatury czynnika chłodniczego na wlocie do parownika powodują znaczne odstępstwa obliczonej na ich podstawie mocy parownika od jego wartości rzeczywistej. Przedstawiony przykład obliczeniowy dotyczący górniczej sprężarkowej chłodziarki powietrza pośredniego działania typu TS-450P pokazuje, że odchyłki względne mocy cieplnej parownika mogą przekraczać nawet ponad 20%. W przykładzie obliczeniowym porównano dwie uproszczone metody określenia temperatury parowania zeotropowego czynnika chłodniczego stosowane w obliczeniach porównawczych czynników chłodniczych z metodą zaprezentowaną w niniejszym artykule.

Słowa kluczowe

EN

R407C refrigerant; temperature glide; air refrigerator; evaporator

PL

czynnik chłodniczy R407C; poślizg temperatury; chłodziarka powietrza; parownik

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 58, no. 4
• Strony: 1333--1346
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Nowak B.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mining and Geoengineering, Department of Underground Mining, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Życzkowski P.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mining and Geoengineering, Department of Underground Mining, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

Bibliografia

• Bonca Z., Butrymowicz D., Dambek D., Depta D., Targański W., 1998. Czynniki chłodnicze i nośniki ciepła. Własności cieplne, chemiczne i eksploatacyjne. Poradnik. IPPU Masta. Gdańsk.
• Gao P., Zhao L., 2008. Theoretical and experimental investigation on components’ proportion of zeotropic mixtures based on relation between temperature and enthalpy during phase change. Energy Conversion and Management 49 (2008), 1567-1573.
• Jin X., Zhang X., 2011. A new evaluation method for zeotropic refrigerant mixtures based on the variance of the temperature difference between the refrigerant and heat transfer fluid. Energy Conversion and Management 52 (2011), 243-249.
• Lee J.H., Bae S.W., Bang K.H., Kim M.H., 2002. Experimental and numerical research on condenser performance for R-22 and R407C refrigerants. International Journal of Refrigeration 25 (2002), 372-382.
• Lemmon E.W., Huber M.L., McLinden M.O., 2002. NIST Standard Reference Database 23: Reference Fluid Thermodynamic and Transport Properties - REFPROP, Version 7.0.
• National Institute of Standards and Technology, Standard Reference Data Program, Gaithersburg. Mulroy W.J., Domanski P.A., Didion D.A., 1994. Glide matching with binary and zeotropic refrigerant mixtures. Part 1. An experimental study. International Journal of Refrigeration 17 (1994), 220-225.
• Nowak B., Filek K., Łuska P., 2010. A verification of mathematical model of mine air compression refrigerator cooperating with the evaporative water cooler. Arch. Min. Sci., Vol. 55 No. 3, p. 441-467.
• PN-EN 12900: 2007. Sprężarki ziębnicze. Warunki znamionowe, odchyłki i sposób przedstawiania charakterystyk przez producenta.
• Rajapaksha L., 2007. Influence of special attributes of zeotropic refrigerant mixtures on design and operation of vapour compression refrigeration and heat pump systems. Energy Conversion and Management 48 (2007), 539-545.
• StatSoft 2006. Elektroniczny Podręcznik Statystyki PL, Kraków, WEB: http://www.statsoft.pl/textbook/stathome.html.
• StatSoft 2011. STATISTICA (data analysis software system), version 10. www.statsoft.com.
• Swinney J., Jones W.E., Wilson J.A., 1998. The impact of mixed non-azeotropic working fluids on refrigeration system performance. School of Chemical, Environmental and Mining Engineering, University of Nottingham, University Park, Nottingham.
• Termospec 2008. Parownik płaszczowo-rurowy typu PR-TS-450. Obliczenia wytrzymałościowe nr OB.-SPR-03. Termospec Sp. z o.o. Żory.
• Theodore L., 2011. Essential Engineering Calculations Series: Heat Transfer Applications for the Practicing Engineer.
• Wiley. Hoboken, NJ, USA Thermo Schiessl 2009. Czynniki chłodnicze - Raport. Wydanie 15. A-501-15 PL. Thermo Schiessl Sp. z o.o. Piaseczno.
• Venkatarathnam G., Mokashi G., Srinivasa Murthy S., 1996. Occurrence of pinch in condensers and evaporators for zeotropic refrigerant mixtures. International Journal of Refrigeration 19 (1996), 361-368.
• Venkatarathnam G., Srinivasa Murthy S., 1999. Effect of mixture composition on the formation of pinch points in condensers and evaporators for zeotropic refrigerant mixtures. International Journal of Refrigeration 22 (1999), 205-215.
• Życzkowski P., 2012. Badania chłodziarki powietrza z poślizgiem temperatury czynnika chłodniczego i wewnętrznym wymiennikiem ciepła. Rozprawa doktorska. Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie. Praca niepublikowana.