Samspil receiver, kondensator og underkøling i køleanlæg

Når en standard ideel kølekreds tegnes i et h, log(p) diagram, så er underkølingen en ”standard-parameter-input”. De øvrige er fordampningstemperatur, kondenseringstemperatur og overhedning. De to temperaturer bestemmes i praksis af energibalancer og overhedningen via regulering af drøvleventilen.

Men hvad med underkølingen, hvad bestemmer denne?

Et køleskab er uden receiver og har kapillarrør (i stedet for ekspansionsventil), her vil fyldningsstørrelsen udfra en massebalance bestemme væskemængden i kondensatoren og dermed indirekte underkølingen.
Men når et køleanlæg har en receiver efter kondensatoren, kan der så være underkøling i kølemiddeltilstanden lige efter kondensatoren – mellem kondensator og receiver?

Forsøgsopstilling

Resultater

Opstillingen er opereret i 3 modes:
• Inaktiv ekstern køler
• Ekstern køler placeret mellem kondensator og receiver
• Ekstern køler placeret efter receiver

Før opstart (periode I) er de to målte temperaturer ca. ens lig omgivelsernes temperatur på ca. 22 °C. I periode II er køleanlægget i drift, men der er ingen aktiv køling efter kondensatoren. Forskellen mellem den ”blå” temperatur og den ”røde” temperatur skyldes at ”den røde” er lidt mere påvirket af omgivelsernes temperatur end den ”blå temperatur”.
I periode III aktiveres ekstern køling mellem kondensator og receiver. Det ses at der ikke opstår nogen underkøling, men det samlede temperaturniveau falder, svarende til at den eksterne køling bliver en del af kondensatoren!

I periode V er den eksterne køling efter receiveren og nu ses et temperaturfald fra ca. 36 °C til ca. 15 °C. Altså en betragtelig underkøling på ca. 21 grader.

Konklusion
Forsøgene indikerer, at der ikke opstår nogen underkøling af kølemidlet i kondensatoren, når en receiver er placeret lige efter denne. I en balance situation vil der være mættet væske fra kondensatoren til receiver og mættet væske ud af receiveren.

En konsekvens af dette er at rørføringen fra receiver til ekspansionsventil skal sikre, at der ikke opstår gasbobler her. Dvs. evt varmeindtrængning og trykfald skal undgås.

Reflektion
Et spørgsmål er hvor generel den fundne konklusion er. Gælder den eksempelvis for alle receiver udformninger. Receiveren i forsøget har tilløb fra kondensatoren i siden lidt under toppen. Flowet ud sker via et ”dykrør” fra ca. 1 cm over bunden af receiveren. Dette rør løber ud i toppen (midt i) af receiveren.

Umiddelbart virker de fundne resultater logiske.
Et spørgsmål kan være om man kan forestille sig en konstruktion af receiveren, sådan at der faktisk kan opnås underkøling af kølemidlet.
Dette er umiddelbart kun relevant, hvis rørføring fra receiver frem til ekspansionsventil via trykfald og/eller varmeindfald skaber gas-bobler.

Videre forløb
Det vil være nyttigt for gruppen omkring projektet at få info/feedback fra ”branchen” (eller andre). Har du I nogle erfaringer med underkølingsforhold omkring en receiver? Er der nogle praktiske observationer, som enten bekræfter konklusionen fra de her beskrevne forsøg eller er der observationer, som stiller spørgsmålstegn ved resultaternes generalitet. Ideer til yderlige forsøg er også interessante.

Morten Mandrupsen Lektor Maskinmesterskolen København vil være kontaktperson, så skriv meget gerne til ham på mnma@msk.dk.

Til info har følgende personer været med (udover Morten Mandrupsen).

MSK (Maskinmesterskolen København): Peter Hørning (tilpasset forsøgsopstilling), Brian Schmidt Pedersen (stået for dataopsamling), Arne Jakobsen (stået for forsøg og skrivning af dette ”notat”).

DTU (Danmarks Tekniske Universitet): Følgende fra DTU, Mekanik har været (er) sparringspartnere Brian Elmegaard, Wiebke Brix, Jonas Kjær Jensen.

Bilag
Forløb af tryk og beregnet kondenseringstemperatur.