The Effect of Condenser Type and Refrigerant Type on the Two-Stage Vapour Compression Refrigeration System: An Experimental Study

Öz

In this study, the effects of refrigerants and condenser type on the coefficient (COP) of performance value in a two-stage intercooled vapour compression refrigeration system have been investigated experimentally with the designed device. There is a total of eight configurations designed for experiments, and these are compared with each other. During the experiments, a copper tube condenser, a micro-channel condenser, and R404A and R449A refrigerants were used in the designed device. The main focus of this study is to investigate the effect of condenser type, refrigerants, and the number of compressors on the COP in a vapor compression refrigeration system. In this study, it was concluded that designs using a micro-channel condenser have a higher COP than designs using a copper tube condenser, and the most efficient design for the system is the one using the micro-channel condenser and working with R449A refrigerant.

Anahtar Kelimeler

• Micro-channel condenser
• two-stage refrigeration
• R404
• R449

Kondenser Türü ve Soğutucu Akışkan Türünün İki Kademeli Buhar Sıkıştırmalı Bir Soğutma Sistemine Etkisinin Deneysel İncelemesi

Öz

Bu çalışmada, iki kademeli, ara soğutmalı buhar sıkıştırmalı bir soğutma sisteminde soğutucu akışkan ve kondenser türünün performans katsayısı değerine etkisi tasarlanan cihaz ile deneysel olarak incelenmiştir. Deneyler için tasarlanmış toplam sekiz konfigürasyon vardır ve bunlar birbiriyle kıyaslanmıştır. Deney aşamasında bakır borulu kondenser, mikro kanallı kondenser, R404A ve R449A gazları tasarlanan cihazda kullanılmıştır. Bu çalışmanın ana odak noktası, kondenser tipinin, soğutucu gazların ve kompresör sayısının buhar sıkıştırmalı bir soğutma sisteminde performans katsayısı üzerindeki etkisini araştırmaktır. Bu çalışmada mikro kanallı kondenser kullanan tasarımların bakır boru kondenser kullanan tasarımlara göre daha yüksek performans katsayısı değerine sahip olduğu ve sistem için en verimli tasarımın mikro kanal kondenser kullanan ve R449A gazı ile çalışan tasarım olduğu sonucuna varılmıştır.

Anahtar Kelimeler

• R449A
• R404A
• İki kademeli soğutma
• Mikro kanallı kondenser

Kaynakça

1. [1] Cengel, A. Y., & Boles, A. M., ‘Muhendislik yaklaşımıyla termodinamik’, Palme Yayıncılık, (2013).
2. [2] Makhnatch, P., Mota-Babiloni, A., Rogstam, J., & Khodabandeh, R., ‘Retrofit of lower GWP alternative R449A into an existing R404A indirect supermarket refrigeration system Retrofit of lower GWP alternative R449A into an existing R404A indirect supermarket refrigeration system’, International Journal of Refrigeration, 76: 184-192, (2017).
3. [3] Al-Hajri, E., Shooshtari, A. H., Dessiatoun, S., & Ohadi, M., ‘Performance characterization of R134a and R245fa in a high aspect ratio microchannel condenser’, International journal of refrigeration, 36(2): 588-600, (2013).
4. [4] Şahin, B. & Şencan Şahin, P. D., ‘Farklı Akışkanların Kullanıldığı İki Kademeli Soğutma Sisteminin Enerji ve Ekserji Analizi’, Teknik Bilimler Dergisi, 10(2): 37-41, (2020).
5. [5] Yılmaz, D., Sınar, Ü., Özyurt, A., Yılmaz, B., Mancuhan, E., ‘Ultra Düşük Sıcaklıklarda Çalışan İki Kademeli Bir Soğutma Sisteminde Aşırı Soğutma ve Isıtmanın Performansa Etkilerinin Sayısal İncelenmesi’, Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 17(3): 1172–1180, (2017).
6. [6] He, Y., Wu, H., Liu, Y., Wang, T., Wu, X., Cheng, C., & Jin, T., ‘Theoretical performance comparison for two-stage auto-cascade refrigeration system using hydrocarbon refrigerants’, International Journal of Refrigeration, 142: 27–36, (2022).
7. [7] Heun, Matthew Kuperus, ‘Performance and optimization of microchannel condensers’, University of Illinois at Urbana-Champaign, 1995.
8. [8] Sivaraman, N., Vaidyanathan, R. M., Patel, M., & Markos, M., ‘Performance analysis of refrigerants with various expansion valves in vapour compression refrigeration and air-conditioning system’, Materials Today: Proceedings, 45: 2465–2469, (2021).

9. [9] Hrnjak, Pega, & Andy D. Litch, ‘Microchannel heat exchangers for charge minimization in air-cooled ammonia condensers and chillers’, International Journal of Refrigeration, 31.4: 658-668, (2008).
10. [10] Kim, Man-Hoe, & Clark W. Bullard, ‘Performance evaluation of a window room air conditioner with microchannel condensers’, J. Energy Resour. Technol, 124.1: 47-55, (2002).
11. [11] Nebot-Andrés, L., Sánchez, D., Calleja-Anta, D., Cabello, R., & Llopis, R., ‘Experimental determination of the optimum intermediate and gas-cooler pressures of a commercial transcritical CO2 refrigeration plant with parallel compression’, Applied Thermal Engineering, 189: 116671, (2021).
12. [12] Makhnatch, P., Mota-Babiloni, A., Rogstam, J., & Khodabandeh, R., ‘Remplacement du R404A par du R449A comme alternative à plus faible GWP dans un système de froid indirect de supermarché’, International Journal of Refrigeration, 76; 184–192, (2017).
13. [13] Udroiu, C.-M., Mota-Babiloni, A., & Navarro-Esbrí, J., ‘Advanced two-stage cascade configurations for energy-efficient –80 °C refrigeration’, Energy Conversion and Management, 267: 115907, (2022).
14. [14] Mohammadi, S. M. H., & Ameri, M., ‘Energy and exergy performance comparison of different configurations of an absorption-two-stage compression cascade refrigeration system with carbon dioxide refrigerant’, Applied Thermal Engineering, 104: 104–120, (2016).
15. [15] ANSI/ASHRAE Standard 34-2004, Designation and Safety Classification of Refrigerants. Atlanta, GA: American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, ISSN 1041-2336, (2007).