Ämne: Suggasväxlare, placering av bulb

[Gardneri]

Om man nu väljer att sätta in en suggasväxlare och använda en termisk expansionsventil var bör bulben lämpligast placeras?

1. Direkt efter förångare som brukligt.
2. Direkt efter suggasväxlare (mellan växlaren och kompressorn).

Har sökt på nätet för att se vad de olika alternativen kan ge för fördelar/problem, men har inte hittat någonting.

Vi kan anta att köldmediumet är 134a.

[xxargs]

Efter evaporatorn/förångaren men före suggasvärmeväxlaren som brukligt är.

Men vinsten med suggasvärmeväxlare är inte så stor med R134a, medans klart märkbar på en anläggning med propan (R290) eller isobutan (R600a) och ett måste för anläggningar med HFO1234yf för att hålla en anständig COP.
 
Sätter du bulben efter värmeväxlaren så riskerar flytande köldmedie att åka in i suggasvärmeväxlaren och kyla kondensatet lite extra  - det är inte riktigt avsikten med detta då man ofta med suggasvärmeväxlare vill höja temperaturen på gasformiga suggasen en del för att få hetare hetgas för tex. anläggningar med gaser med hög specifik värme som med propan/isobutan och framförallt med HFO1234yf då de är annars är nära att kondensera vid kompression (speciellt om kompressorn är nystartad och kall) och kan späda ut oljan i kompressorns innerytor under kompression med högre slitage som följd. Åtgärden höjer också teoretisk COP och för propan med suggasvärmeväxlare överträffar den tom. R134a. utan suggasvärmeväxlare.

Låter man flytande köldmedel från evaporatorn på suggassidan gå in i värmeväxlaren för att kyla kondensatet lite extra i tron att det skulle vara bättre, så är verkan exakt samma som att låta varm kondensat kyla sig själv till evaporatortemperatur vid själva expansionen - dvs. ingen fördel alls utan kondensatet kyls indirekt innan expansion med värmeväxlaren istället för direkt vid expansionen och det förbrukar precis lika mycket flytande kondensat för nedkylning av kondensatet själv till evaportortemperatur i båda fallen, det enda man gör när man låter flytande köldmedie gå in i suggasvärmeväxlaren är att 'minska' suggasvärmeväxlarens överföringsgrad och går det så långt att flytande köldmedie stänker ut i andra ändan där bulben enligt andra exemplet finns så har suggasvärmeväxlaren reducerats till två rörbitar med termisk kontakt mot varandra utan nytta i systemet.   

Sedan att man kan utnyttja mindre mängd kondensat inmatat på olika punkter för att hålla kontroll på hetgasen (i tex ammoniak-maskiner) är en annan sak... 

---     

För nya (ursla) köldmedier som HFO1234yf är suggasvärmeväxlare livsnödvändig för att få till acceptabel COP då HFO1234yf har så hög specifik värme både i gas och vätska  och låg förångningsvärme vilket gör att det är viktigt med så låg temperatur som möjligt innan den går in i expansionsventilen - annars blir det inte mycket vätska kvar av inkommande kondensatet när den har kylt ned sig själv till evaporatortemperaturen... - dvs det krävs fler arbetsamma  kompressorpumpslag per enhet kall flytande köldmedie i evaporatorn i jämförelse med andra alternativ om man inte använder suggasvärmeväxlare.     

Skall bli intressant hur det blir i en 50  grader sommarhet bil med HFO1234yf som köldmedie när suggasen från evaporatorn är lika varm som resten av bilen när man nystartad försöker få den kall med maximal fläktblås och vinsten med suggasvärmeväxlaren är som minst när man vill ha som mest kapacitet kyla...

Hade man kört med mindre än 1/4-del så stor laddning  DME som HFO1234yf i en anpassad anläggning för samma kylkapacitet  så hade man inte behövt någon suggasvärmeväxlare alls då DME har mycket hög förångningsvärme relativt sin vikt och volym och vinner inget på att ha suggasvärmeväxlare, med ammoniak (för ca 40 gram laddning i en bil-AC) med ännu högre förångningsvärme så hade suggasvärmeväxlare varit direkt skadligt med mycket heta höggastemperaturer...   

[Gardneri]

Har hitta detta:

http://www.centrogalileo.it/nuovaPA/Articoli%20tecnici/INGLESE%20CONVEGNO/XII%20Convegno%20English/II%20SESSIONE/Quack_eng.pdf

[cougar]

Har hitta detta:

http://www.centrogalileo.it/nuovaPA/Articoli%20tecnici/INGLESE%20CONVEGNO/XII%20Convegno%20English/II%20SESSIONE/Quack_eng.pdf

Hmmm .. Jag vill också ha bulben mellan suggasväxlaren och kompressorn, om man justerar in överhettningen till 5K där så får man automatiskt en överhettning på ca 1K om man mäter på förångarens utgående.
Risken att det skulle slå på vätska på suggasväxlaren borde inte vara stor så länge det finns överhettning i förångaren.

[Gardneri]

Hur tolkar Ni texten och figur 2 resp. 3?
Det som gjort mig lite "förvirrad" är att man menar att suggas växlaren ska vara medstöms kopplad och inte motström kopplad.

[cougar]

Hur tolkar Ni texten och figur 2 resp. 3?
Det som gjort mig lite "förvirrad" är att man menar att suggas växlaren ska vara medstöms kopplad och inte motström kopplad.

Skumt, alla jag sett i verkliga livet har varit motströmskopplade

[ace]

placering av bulben skulle enligt mig bero på vilket köldmedie man använder(överhettningsgrad) och om syftet är höjd tryckgasöverhettning eller höjd vätskedensitet. (läs värmepump mot höga temperaturer eller maximal förångareffekt)

[Roland]

Hur tolkar Ni texten och figur 2 resp. 3?
Det som gjort mig lite "förvirrad" är att man menar att suggas växlaren ska vara medstöms kopplad och inte motström kopplad.

Engelskan i artikeln är inte den bästa. Jag tror de menar att med medströmskoppling kommer man att ordna en fördröjning av den inverkan en ändring av temperaturen på gasen (eller andelen vätska i gasen) från förångaren har på temperaturen på vätskan till expansionsventilen och därmed också vätskans densitet. En ändring i densiteten medför ju att flödet genom expansionsventilen ändras. Om ändringen av flödet genom expansionsventilen pga vätskans varierande underkylning sker snabbare än  expansionsventilens bulb hinner reagera på en ändrad suggastemperatur blir systemet instabilt. Vet inte om det blev begripligare.

[xxargs]

Hmmm .. Jag vill också ha bulben mellan suggasväxlaren och kompressorn, om man justerar in överhettningen till 5K där så får man automatiskt en överhettning på ca 1K om man mäter på förångarens utgående.
Risken att det skulle slå på vätska på suggasväxlaren borde inte vara stor så länge det finns överhettning i förångaren.

Om du flyttar bulben till efter suggasväxlaren så har du brutit reglerloopen för expansionsventilen - hur kan du då garantera säg 1 K överhettning efter evaporatorn i det fallet (om inte systemet är kritiskt fylld förstås som i kappillärsystem ala kyl och frys)  - expansionsventilen öppnar på för kondensatet tills temperaturen är mindre än 5 grader K på bulben och skulle kondensatet vara varm och håller den en bit över 5 K efter suggasvärmeväxlaren så kommer expansionsventilen släppa på så mycket kondensat att suggasvärmeväxlaren börja slurka i sig flytande kondensat från överfyllda evaporatorn  tills suggasen ut ur den går under 5 K på utgången av suggasvärmeväxlaren - och du har definitivt mindre än 1 K överhettning från evaporatorn (vid enkomponents köldmedie). 

Bulbens uppgift är ju att återkoppla till TXV så att rörsträckan mellan TXV och bulben är fuktad med flytande köldmedie hela vägen utom centimetrarna strax innan bulben - och är suggasvärmeväxlaren inkluderad i den sträckan för att bulben sitter efter suggasvärmeväxlaren med kondensatet så kommer den att bli vätskefuktad på sugsidan hela vägen den också, precis detta som _inte_ får ske med en suggasvärmeväxlare om den skall göra skäl för jobbet... 

---

Sedan brukar suggasvärmeväxlare hetta upp suggasen betydligt mera än några få grader - i suggasvärmeväxlare med hög överföring så har suggasen i utloppet nästan samma temperatur som inkommande kondensatet i temperatur och i regel finns det inte mer kylkapacitet i suggasen än att kyla kondensatet runt 25 grader även om evaporatorn och suggasen ur denna är runt -10 grader - dvs. är kondensatet runt 35 grader ur kondensorn så är den fortfarande +10 grader efter suggasvärmeväxlaren innan den når expansionsventilen trots suggasvärmeväxlare med 100% överföring, och suggasen som sugs in i kompressorn kommer vara 35 grader varm...

Den stora vinsten med suggasväxlare för en del typer av köldmedier (dock inte alla) är att kvalitén på kondensatet blir bättre - dvs. med kyld kondensat så behövs allt mindre andel av kondensatet koka upp till gas för att kyla ned sig själv till evaporatortemperaturen och det är detta som ger COP-förbättringen med suggasvärmeväxlare med kondensatet.

Att låta 35-gradig propan kondensat  kyla sig själv till -10 grader i expansionen gör att ca 30 % av kondensatet förgasar i processen medans kyler man kondensatet med suggasvärmeväxlare till +9 grader före innan expansion så är kondensatförlusten bara 13% och mer kall kondensat är kvar och kan ta upp mer värme från luften/brine med samma kompressorarbeter för samma mängd tillverkad kondensat innan expansionsventilen, dvs. i slutändan bättre COP.

(nu är det inte riktigt sant det heller - varmare suggas kräver mer arbete från kompressorn att komprimeras, men i slutändan så är det fortfarande en klar förbättring COP-mässigt med suggasvärmeväxlare för köldmedie med hög specifik värme i sig - dock detta förhållande gäller inte alla köldmedier, tex R12 och R134a vinner bara lite på suggasvärmeväxlare med kondensatat just för att kompressorn måste jobba hårdare på hetgassidan med uppvärmd gas och för ammoniaksystem så är det direkt skadligt och minskar COP om man använder suggasvärmeväxlare just för att det blir så jobbigt på kompressorsidan - dvs. kostar mer på kompressorsidan än vad som ger tillbaka med kylning av kondensatet med suggasväxlare när det gäller ammoniak.)     

[cougar]

Tack xxargs 
mina observationer kommer från Terrawattpumparna, där sitter bulben efter suggasväxlaren och jag har fått förklarat för mig att det beror på att effekten i suggasväxlaren ökar med högre kondensering och för att utnyttja det fullt ut så monteras bulben efter för att utnyttja förångaren till max vid hög kondensering. samtidigt som kompressorn skyddas mot för varm suggas.

Men man skulle alltså kunna tjäna en smula på att flytta bulben till innan suggasväxlaren?

[Gardneri]

Nu har jag hitta det jag ska, men först efter att jag köpt en avhandling.

Kan väl lämna några tips som jag hittat:

http://www.google.se/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=web&cd=1&ved=0CC0QFjAA&url=http%3A%2F%2Ffire.nist.gov%2Fbfrlpubs%2Fbuild95%2FPDF%2Fb95098.pdf&ei=CDF7T5yqNYn34QS0kpiIBA&usg=AFQjCNEfFmwFf3nQQ_e5WIMrwjfdlUBumA&sig2=WZXWmd5B_u7hM-XWdnM4-w

http://www.google.se/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=web&cd=1&sqi=2&ved=0CCcQFjAA&url=http%3A%2F%2Fhal.archives-ouvertes.fr%2Fdocs%2F00%2F47%2F32%2F59%2FPDF%2FAN2009-PUB00027761.pdf&ei=XjF7T9TRNoP04QTJw5iHBA&usg=AFQjCNHtKTIbMzlCgF48bjuuF3saTsQWOw&sig2=kLFWsj-6D0AX8EmjbDROWA

http://www.google.se/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=web&cd=1&sqi=2&ved=0CCYQFjAA&url=http%3A%2F%2Fwww.iaeng.org%2Fpublication%2FWCE2011%2FWCE2011_pp2250-2255.pdf&ei=zTF7T66pHufE4gTd3-WHBA&usg=AFQjCNHKaSBaGitLH7w3XW7ccdLvD7ypXA&sig2=S1HhurhlOjH0yXIQcU9Dtw

http://www.google.se/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=web&cd=2&ved=0CDoQFjAB&url=http%3A%2F%2Fwww.irc.wisc.edu%2Ffile.php%3Fid%3D49&ei=EjJ7T4eAOfCL4gTg5eWHBA&usg=AFQjCNGJ9gIXnbcMIglpyZx5XW0mvGCS-Q&sig2=N4qrR4y8DzTcC0zsx5NDYg

Länkarna ovan besvarar väl inte ursprunglig fråga, placering av bulb, men väl suggasväxlarens förtjänst/nackdel.

[Roland]

Den stora vinsten med suggasväxlare för en del typer av köldmedier (dock inte alla) är att kvalitén på kondensatet blir bättre - dvs. med kyld kondensat så behövs allt mindre andel av kondensatet koka upp till gas för att kyla ned sig själv till evaporatortemperaturen och det är detta som ger COP-förbättringen med suggasvärmeväxlare med kondensatet.

Är det verkligen så? Så som jag förstår den litteratur som det har referats till här ger suggasväxling en förbättring när köldmediet består av stora fleratomiga molekyler med många frihetsgrader (= högt specifikt värme). Att det blir högre kvalitet på vätskan fram till expansionsventilen bör ur värmepumpsammanhang inte spela någon roll tycker jag, vätskan ska ju ändå förångas.

Den ur värmepumpsynpunkt intressanta frågeställningen måste vara, kan man genom att värma suggasen på något sätt (behöver inte vara med hjälp av kondensatet) åstadkomma att den extra värmemängd man kan plocka ut i kondensorn i förhållande till den extra elförbrukningen är större än COP i utgångsläget. Det som händer i kondensorn förångaren bör inte spela någon roll så länge som trycket där är konstant. Och där blir frågan om kvaliteten på vätskan före expansionsventilen på något sätt påverkar förångningstrycket vid konstanta förhållanden på köldbärarsidan. Detta sagt med reservation för att vid den här typen av problem spelar jag inte på hemmaplan.

Rättat klantfel.

[xxargs]

kvaliten på kondensatet är avgörande då det är mängden kvarvarande kondensat som bestämmer hur mycket värme som tas upp då 'kostnaden' att tillverkar kondensatet är lika från kompressorns sida.

för HFO1234yr så går det från en riktigt dålig kylmedie i en 2/70 grader setup (bil-AC i ökenklimat) när det körs utan suggasvärmeväxlare till  variant med suggasvärmeväxlare då det kan konkurrera med R134a.

Man kan säga att det kostar 30 kJ kompressorarbete (ideal kompressor) för att kondensera 1kg HFO1234yf mot 70 grader kondenstemperatur pumpad från 2 grader evaporatortemperatur - tar man sedan vätskan, 70 grader varm direkt till expansionsventilen och låter den expandera så kommer 60% av kondensatet att förgasa innan den når 2 grader  och det som är kvar kan absorbera 60 kJ och vidare sugs 2 plusgrader varma suggasen in i (ideala) kompressorn och när den nåt kondenstrycket på högtrycksidan så är den 70 grader varm mot kondensorn av den isentropiska kompressionen  (och ca 5% av gasen redan kondenserats i kompressionen - dvs våt gas ut ur kompressorn)

Med en suggasvärmeväxlare där man designat för max 110 grader hetgas så kan man räkna ut att suggasen tål att vara 53 grader varm in i ideala kompressorn utan att hetgasen överstiger 110 grader efter kompression (i en verklig kompressor så kan inte gasen förvärmas lika mycket - vid en kompressor med 0.7 i isentropisk verkningsgrad så tål suggasen som mest 41 grader för att hetgasen skall hålla sig på 110 grader ut kompressorn) , kostnaden att komprimera denna gas blir lite högre än ovanstående - ca 40 kJ per kilo köldmedie och efter att gasen kondenserats och den 70 grader varma kondensatet möter den 2 grader varma suggasen så har man måttat in suggasvärmeväxlarens överföringsgrad  så att suggasen är 53 grader när den går ut ur växlaren och då har kondensatet svalnat till 39 grader innan expansionsventilen - och efter expansion så har bara 30% av kondensatet omvandlats till gas och 60% finns kvar som vätska i evaporatorn för att dra ut värme ur evaporator eller ca 110 kJ per kilo.

Dvs. för varje kilo köldmedie  som snurrar i systemet så har du nästan dubblat värmeupptaget per kilo köldmedie till en kostnad av 33% mer kompressorkraft

dvs utan hetgasväxlare så matade du in 30 kJ i kompressorns kompressionsarbete och kunde absorbera 60 kJ värme i evaporatorn vid 2 grader C, per kilo köldmedie vilket tillsamman ger 90 kJ värme vid 70 grader (90/30 = 3 i  värme COP).

Men med suggasvärmeväxlare med kondensatet så drog kompressorn förvisso 40 kJ för att det är mer gas att pumpa då volymen har växt per kilo när det är förvärmt av suggasvärmeväxlaren, men genom att förkyla kondensatet med kalla suggasen så att mindre kokar av för att kyla sig själv i expansionen så får man nu ut 110 kJ absorberad värmen per kilo vid 2 grader och summerar man det med hur mycket som matades in i kompressorn så har man tillverkat 40+110 =150 kJ vid 70 grader (dvs. 150/40 =  3.75 i COP)  - detta beroende på att kvaliten på köldmediet höjts från att 60% kokar av till gas vid expansionen till att bara 30% kokar av i expansionen för att man sänkte temperaturen på kondensatet  med i exemplet 29 grader i temperatur. Detta resulterar också att man kan minska mängden köldmedie snurrande per kW värme till över 1/3-del vilket påverkar både rörledningsstorlek och kompressorslagvolymen.

Dock den här trixet fungerar inte på alla köldmedier, ju mindre specifik värme och ju mer förångningsvärme köldmediet har, desto mindre förbättring blir det just för att suggasen expanderar när det hettas upp och expanderar också medans kompressorn komprimerar och den extra arbetat kan äta upp vinsten med att man höjer kvaliten på köldmedie och tex, för ammoniak så är mängden kondensat per kW kyla så liten för att den har hög förångningsvärme och gasexpansionen så stort vid komprimering för att gasen hettar sig mycket även vid mindre komprimering att suggasväxlare med kondensatet drar ned verkningsgraden istället för att öka  i ammoniaksystem.

sedan finns det gaser som är ganska neutrala dvs. påverkas lite av en suggasvärmeväxlare och dit hör tex.  R22, propylen (R1270), R410A, R407C  som inte vinner något på suggasvärmeväxlare då  det extra som ges i evaporatorn, tas igen på att kompressorn går tyngre istället och nettot är nära noll. 

   

 

 

[Roland]

Vi ser frågeställningen ur olika perspektiv men resultatet blir detsamma. Sett ur värmepumpsperspektivet handlar det om att hitta ett köldmedium där det extra kompressorarbetet som orsakas av en ökad överhettning ger mer tillbaka i form av värme än COP för processen utan överhettning. Man skulle kunna tänka sig, även om det är dumt, att överhetta med hjälp av en elpatron. Det är därför jag menar att vad som händer i förångaren inte är intressant.

Ett bra köldmedium ur suggasväxlingsynpunkt bör ha linjer för konstant entropi som lutar mycket och spretar isär vid högre tryck och temperatur, dvs köldmedier med högt specifikt värme vilket betyder molekyler med många atomer. Om jag minns rätt låg isobutan bra till och det är ingen slump.

Temperaturen på vätskan innan expansionsventilen ser jag mer som en sekundär parameter som bestäms av förhållandet mellan det gasformiga köldmediets specifika värme och vätskans specifika värme och överhettningen i suggasväxlaren. Men sett ur ett kylteknikperspektiv är naturligtvis värmeupptaget i förångaren det intressanta. Vad som händer på varma sidan är inte lika intressant.