Flow regime impact on brazed plate heat exchanger in chiller application
(2024) MVKM01 20241Department of Energy Sciences
- Abstract
- Refrigerant systems such as chillers and are widely used to create a comfortable indoor climate, often incorporated in large buildings or offices. It relies on a refrigerant circuit that lowers temperature of a coolant via a heat exchanger, called an evaporator. The coolant enters a fan coil which lowers the surrounding air temperature in a desired space and recirculates back to the evaporator at a higher temperature, which is the lowered again by the evaporator. It is important that the evaporation process is efficient as this lowers the operational costs for the user.
As of 2015 the European Commission introduced a quota system to phase out refrigerant with high global warming impact. This affects the industry as they are forced to... (More) - Refrigerant systems such as chillers and are widely used to create a comfortable indoor climate, often incorporated in large buildings or offices. It relies on a refrigerant circuit that lowers temperature of a coolant via a heat exchanger, called an evaporator. The coolant enters a fan coil which lowers the surrounding air temperature in a desired space and recirculates back to the evaporator at a higher temperature, which is the lowered again by the evaporator. It is important that the evaporation process is efficient as this lowers the operational costs for the user.
As of 2015 the European Commission introduced a quota system to phase out refrigerant with high global warming impact. This affects the industry as they are forced to adapt to alternatives with lower impact. This requires optimization of vital components in refrigerant systems by the manufacturers. One of the recommended refrigerants by the EC with low global impact is a natural refrigerant, propane (R290).
This study evaluates the performance of a brazed plate heat exchanger configured as an evaporator in an experimental setup with propane as the refrigerant. The main focus was to determine how the present flow regimes and regimes altered by geometrical modifications affect the distribution of refrigerant and the performance. With the use of high-speed imaging the flow characteristics could be identified at the refrigerant inlet. Available methods are used to quantify the refrigerant distribution with infrared thermography. The results show that the existing annular flow regime altered by the geometrical modifications results in a more homogenous flow pattern and leads to improved distribution of refrigerant and evaporator performance. The research contributes to development of future heat exchanger designs to improve the evaporator performance and chiller efficiency. (Less) - Popular Abstract (Swedish)
- Optimering av flödet till en förångare i ett kylsystem ökar effektiviteten.
Experiment visar hur prestandan kan förbättras med geometriska förändringar i inloppsröret till en förångare med ett homogent flöde. Detta leder till en förbättrad fördelning av köldmedia i förångaren följt av förbättrad effektivitet. Snedfördelning av köldmedia i ett kylsystem påverkar systemets kylförmåga, men med geometriska modifikationer kan både prestanda och driftkostnader förbättras.
Luftkonditionering är något de flesta utnyttjar om man sitter i en bil eller kanske på kontoret på jobbet. Dessa system förbrukar elektricitet för att driva kylsystemet som sänker temperaturen i den luft vi omges av. I större utrymmen som tex kontorsbyggnader eller köpcentrum... (More) - Optimering av flödet till en förångare i ett kylsystem ökar effektiviteten.
Experiment visar hur prestandan kan förbättras med geometriska förändringar i inloppsröret till en förångare med ett homogent flöde. Detta leder till en förbättrad fördelning av köldmedia i förångaren följt av förbättrad effektivitet. Snedfördelning av köldmedia i ett kylsystem påverkar systemets kylförmåga, men med geometriska modifikationer kan både prestanda och driftkostnader förbättras.
Luftkonditionering är något de flesta utnyttjar om man sitter i en bil eller kanske på kontoret på jobbet. Dessa system förbrukar elektricitet för att driva kylsystemet som sänker temperaturen i den luft vi omges av. I större utrymmen som tex kontorsbyggnader eller köpcentrum utnyttjas större kylsystem kallat vätskekylare för att kyla ned luften och skapa en behaglig miljö.
En viktig komponent i kylsystem är förångaren, vars uppgift är att ta bort värmen från den omgivande luften. Det är avgörande att denna komponent är effektiv för att systemet skall fungera optimalt och därmed bidra till lägre driftskostnader.
Denna studie syftar till att förbättra framtida design av plattvärmeväxlare i kylsystem, vilket kan förbättra både komponent- och systemprestanda. Med EU:s mål att bli klimatneutralt till 2050 står kylindustrin inför stora utmaningar att byta ut köldmedier, vilket är det arbetande mediet i kylsystem, mot mer miljövänliga alternativ. Ett alternativt köldmedium med låg miljöpåverkan är propan, även känt som R290.
I experimenten undersöktes hur flödet av propan beter sig i en plattvärmeväxlare, konfigurerad som en förångare, i ett kylsystem.
Genom att analysera flödet och fördelningen av köldmedia med höghastighetskameror och infraröda bilder, upptäcktes att en viss geometri placerad vid inloppet av förångaren blandade köldmediet mer jämt och därmed förbättrade fördelningen av köldmedia, följt av en ökad prestanda.
Den ökade prestandan av förångaren förväntas leda till att kylsystem i sin helhet blir mer effektiva. Vad innebär resultatet i slutändan? Jo, en minskad elförbrukning med miljövänlig luftkonditionering!
Med dessa nya kunskaper kan vi hitta en väg mot mer hållbara kylsystem som håller vårt inomhusklimat behagligt och samtidigt bevarar vår planet. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9162482
- author
- Spehar, Christopher LU
- supervisor
- organization
- course
- MVKM01 20241
- year
- 2024
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- keywords
- chiller, evaporator, brazed plate heat exchanger, R290, propane, flow pattern, flow regime, refrigerant, high speed camera, IRT
- report number
- LUTMDN/TMHP-24/5578-SE
- ISSN
- 0282-1990
- language
- English
- id
- 9162482
- date added to LUP
- 2024-06-14 12:54:00
- date last changed
- 2024-06-14 12:54:00
@misc{9162482,
abstract = {{Refrigerant systems such as chillers and are widely used to create a comfortable indoor climate, often incorporated in large buildings or offices. It relies on a refrigerant circuit that lowers temperature of a coolant via a heat exchanger, called an evaporator. The coolant enters a fan coil which lowers the surrounding air temperature in a desired space and recirculates back to the evaporator at a higher temperature, which is the lowered again by the evaporator. It is important that the evaporation process is efficient as this lowers the operational costs for the user.
As of 2015 the European Commission introduced a quota system to phase out refrigerant with high global warming impact. This affects the industry as they are forced to adapt to alternatives with lower impact. This requires optimization of vital components in refrigerant systems by the manufacturers. One of the recommended refrigerants by the EC with low global impact is a natural refrigerant, propane (R290).
This study evaluates the performance of a brazed plate heat exchanger configured as an evaporator in an experimental setup with propane as the refrigerant. The main focus was to determine how the present flow regimes and regimes altered by geometrical modifications affect the distribution of refrigerant and the performance. With the use of high-speed imaging the flow characteristics could be identified at the refrigerant inlet. Available methods are used to quantify the refrigerant distribution with infrared thermography. The results show that the existing annular flow regime altered by the geometrical modifications results in a more homogenous flow pattern and leads to improved distribution of refrigerant and evaporator performance. The research contributes to development of future heat exchanger designs to improve the evaporator performance and chiller efficiency.}},
author = {{Spehar, Christopher}},
issn = {{0282-1990}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{Flow regime impact on brazed plate heat exchanger in chiller application}},
year = {{2024}},
}