Zagadnienie zastosowania układów pośrednich z dwutlenkiem węgla w obiegach chłodniczych

• Autorzy: Pawłowski Mateusz

Identyfikatory

DOI

10.36119/15.2022.5.5

Warianty tytułu

EN

Application of indirect circulation loops with carbon dioxide in refrigeration cycles

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy dokonano przeglądu pośrednich instalacji chłodniczych z pętlą cyrkulacyjną z dwutlenkiem węgla jako czynnikiem roboczym. Omówiono rozwiązanie techniczne polegające na sprzężeniu propanowego agregatu sprężarkowego z dwufazową pętlą CO₂. Przedstawiono ramową propozycję obliczania oporów przepływu występujących w instalacji na podstawie sporządzonych map przepływów dwufazowych w kanałach poziomych i pionowych. Głównym przedmiotem obliczeń było określenie odpowiedniej wysokości słupa cieczy, umożliwiającej prawidłową pracę instalacji. Artykuł stanowi wstęp do podejmowanych aktualnie prac rozwojowych nad innowacyjnymi rozwiązaniami pośrednich układów chłodniczych dla chłodnictwa handlowego.

EN

The paper provides with a review of indirect cooling systems with a circulation loop with carbon dioxide as a working fluid. A technical solution was also proposed, consisting in coupling a propane compressor cooling system unit with a two-phase CO₂ loop. A general calculation approach was presented for the flow resistance occurring in the installation because of the prepared maps of two-phase flow patterns in the horizontal and vertical channels. The focus of the calculations was to determine the appropriate height of the liquid column to enable proper operation of the system. The paper is an introduction to the currently undertaken development works on innovative solutions of indirect refrigeration systems for commercial refrigeration.

Słowa kluczowe

PL

pętla cyrkulacyjna; dwutlenek węgla; pośrednie układy chłodnicze; opory przepływu; przepływy dwufazowe

EN

circulation loop; carbon dioxide; indirect cooling systems; flow resistance; two-phase flows

• Wydawca: Ośrodek Informacji "Technika instalacyjna w budownictwie''
• Czasopismo: Instal
• Rocznik: 2022
• Tom: nr 5
• Strony: 27--33
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys., tab., wzory

Twórcy

autor

Pawłowski Mateusz

• Katedra Techniki Cieplnej, Wydział Mechaniczny, Politechnika Białostocka

• https://orcid.org/0000-0003-3313-1261

Bibliografia

• [1] Javerschek O., Zastosowanie CO2 w supermarketach, Chłodnictwo i Klimatyzacja, 2009, Vol. 8, s. 30-37
• [2] Zhang T., Experimental Study on a Forced Circulation Loop Thermosiphon Solar Water Heating System, International Journal of Photoenergy, 2018, Vol. 4, s. 1-12
• [3] Yamaguchi H., Sawada N., Suzuki H., Ueda H., Zhang X.R., Preliminary study on a solar water heater using supercritical carbon dioxide as working fluid, Journal of Solar Energy Engineering, 2010, Vol. 132
• [4] Amaya A., Scherer J., Muir J., Patel M., Higgins B., GreenFire Energy Closed-Loop Geothermal Demonstration using Supercritical Carbon Dioxide as Working Fluid, Workshop on Geothermal Reservoir Engineering, Stanford University, 2020
• [5] Bieliński H., Mikielewicz J., Computer cooling using a two phase minichannel thermosyphon loop heated from horizontal and vertical sides and cooled from vertical side, Archives of Thermodynamics, Poland, 2010, Vol. 31, s. 51-59
• [6] Ochsner K., Carbon dioxide heat pipe in conjunction with a ground source heat pump (GSHP), Applied Thermal Engineering, 2008, Vol. 28, s. 2077-2082
• [7] Sadhu S., Ramgopal M., Bhattacharyya S., Experimental Studies on air-cooled natural circulation loop based on supercritical carbon dioxide - Part A: Steady state operation, Applied Thermal Engineering, 2018, Vol. 133, s. 809-818
• [8] Skiepko T., Kompaktowe rekuperatory ciepła i regeneratory, Wydawnictwo Maszyny Przepływowe IMP PAN Gdańsk, 2012, tom 32
• [9] Thippeswamy L.R., Kumar Y.A., Heat transfer enhancement using CO2 in a natural circulation loop, Scientific Reports, 2020
• [10] Bieliński H., Mikielewicz J., New solutions of thermal diode with natural laminar circulation, Archives of Thermodynamics, Gdańsk, 2001, Vol. 22, s. 89-106
• [11] Tong Z., Zang G., Effect of the diameter of riser and downcomer on an CO2 thermosyphon loop used in data center, Applied Thermal Engineering, 2021, Vol. 182
• [12] Kumar K.K., Gopal M.R., Carbon dioxide as a secondary fluid in natural circulation loop, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part E: Journal of Process Mechanical Engineering, 2009
• [13] Kumar A., Khalid M.S., CO2 Based Natural Circulation Loops for Domestic Refrigerators, Saudi Journal of Engineering and Technology, Indie, 2019
• [14] Tong Z., Liu X-H., Jiang Y., Experimental study of the self-regulating performance of an R744 two-phase thermosyphon loop, Applied Energy, 2017, Vol. 186, s. 1-12
• [15] Cheng L., Ribatski G., Quiben J.M., Thome J.R., New prediction methods for CO2 evaporation inside tubes: Part I - A two-phase flow pattern map and a flow pattern based phenomenological model for two-phase flow frictional pressure drops, International Journal of Heat and Mass Transfer, 2008, Vol. 51, s. 111-124
• [16] Thome J.R., El Hajal J., Two-phase flow pattern map for evaporation in horizontal tubes: Latest version, in first International Conference on Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics, Kruger Park, South Africa, 2002, s. 182-188
• [17] Cheng L., Ribatski R., Wojtan L., Thome J.R., New flow boiling heat transfer model and flow pattern map for carbon dioxide evaporating inside tubes, International Journal of Heat and Mass Transfer, 2006, Vol. 49, s. 4082-4094
• [18] Kattan N., Thome J.R., Favrat D., Flow boiling in horizontal tubes. Part 1: Development of a diabatic two-phase flow pattern map, Journal of Heat Transfer, 1998, Vol. 120, s. 140-147
• [19] Wojtan L., Ursenbacher T., Thome J.R., Investigation of flow boiling in horizontal tubes: Part I - A new diabatic two-phase flow pattern map, International Journal of Heat and Mass Transfer, 2005, Vol. 48, s. 2955-2969
• [20] Schmid D., Verlaat B., Petagna P., Revellin R., Schiffmann J., Flow pattern observations and flow pattern map for adiabatic two-phase flow of carbon dioxide in vertical upward and downward direction, Experimental Thermal and Fluid Science 2022, Vol. 131
• [21] Moreno Quibe'n J., Thome J.R., Flow pattern based two-phase frictional pressure drop model for horizontal tubes. Part I: Diabatic and adiabatic experimental study, International Journal of Heat Fluid Flow, 2007
• [22] Park C.Y., Hrnjak P.S., CO2 and R410A flow boiling heat transfer, pressure drop, and flow pattern at low temperatures in a horizontal smooth tube, International Journal of Refrigeration, 2007, Vol. 30, s. 166-178
• [23] Norma dla rur miedzianych walcowanych i gładkich PN-76/M-34034
• [24] Zhang P., Yang X., Rong X., Zhang D., Simulation on the thermal performance of two phase thermosyphon loop with large height difference, Applied Thermal Engineering, 2019, Vol. 163
• [25] Mathcad 15. www.mathcad.pl/?mathcad-15.0,1
• [26] CoolProp www.coolprop.org/coolprop/wrappers/MathCAD/index.html

Uwagi

1. Pracę zrealizowano przy wsparciu ze środków na badania w ramach pracy statutowej WZ/WM-IIM/1/2020 realizowanej w Instytucie Inżynierii Mechanicznej Politechniki Białostockiej.

2. Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023)