Small diameter effects on refrigerant charge in low power refrigerating units
Résumé
At an international level, a strong environmental policy requires the design of new refrigerating systems with minimal refrigerant load. Because of their large number, small power refrigerating systems are a particulary interesting target, and should be considered as a strategic research field in the struggle against the useless refrigerant charges. Heat exchangers with small channels seem to be able to reduce the total system charge about 30% to 60% compared to conventional refrigerating systems. Practical development of mini-devices is creating a need for better understanding of microscale phenomena. This paper provides a two-phase flow model predicting refrigerant charge of a small-channel evaporator. Comparisons between refrigerant charge predictions are made for evaporators with four different sizes of channels. The choice of void fraction correlations is found to have a major effect on refrigerant charge. Three mass-flux-dependent void fraction correlations are proposed and compared. Last, possible influence of the refrigerant charge reduction on the direct greenhouse effect is discussed.
Au niveau international, une politique environnementale forte conduit au design de nouveaux systèmes de réfrigération à charge minimale en frigorigène. En raison de leur nombre important, les petits systèmes frigorifiques sont une cible particulièrement intéressante, et devraient être considérés comme un domaine de recherche stratégique dans la lutte contre les surcharges en frigorigène. Les échangeurs de chaleur à mini-canaux pour le condenseur et pour l'évaporateur sont susceptibles de réduire la charge totale du système de 30% à 60% par rapport aux systèmes frigorifiques classiques. Le développement pratique d'équipements à mini-canaux créè le besoin d'une meilleure compréhension des phénomènes. Ce travail fournit un modèle de prédiction de la charge en frigorigène en écoulement diphasique pour un évaporateur à mini-canux. On compare des prédictions de charge en frigorigène pour quatre évaporateurs avec différentes dimensions de canaux. Le choix des corrélations de taux de vide a une influence déterminante sur la charge en frigorigène. Trois corrélations de taux de vide dépendant du flux massique sont proposées et comparées. Enfin, l'influence de la réduction de la charge en frigorigène sur l'effet de serre direct est discuté.