CO2 Refrigeration withIntegrated Ejectors : Modelling and Field Data Analysis ofTwo Ice Rinks and Two Supermarket Systems

• Main Author: FEHLING, SIMON
• Format: Others
• Language: English
• Published: KTH, Skolan för industriell teknik och management (ITM) 2021
• Subjects: Vapor Ejector; Liquid Ejector; Field Data Evaluation; Modelling; Refrigeration; CO2; Ice Rink; Supermarket; Heat Recovery; Ångejektor; Vätskeejektor; Fältmätdata; Modellering; Kylteknik; Isbana; Livsmedelsbutik; Värmeåtervinning; Engineering and Technology; Teknik och teknologier
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-299502

With the increasing importance of CO2 as natural refrigerant with low Global Warming Potential(GWP) ejectors have been used in a number of recent installations to recover expansion work atthe high operating pressures of these systems. In colder climates, this is particularly seen in combinationwith heat recovery due to the high compressor discharge pressures.This work analyses the field measurement data of two ice rink refrigeration systems with integratedvapor ejectors and two supermarket refrigeration systems with integrated liquid ejectors, alllocated in northern Europe. The aim is to evaluate the interaction of the ejector with the refrigerationsystem in practical applications. A theoretical model of the ejector systems is developed andevaluated in parallel as a reference for the analysed system installations.The model of the analysed vapor ejector system shows an increasing eciency improvement potentialby the ejector for higher gas cooler outlet temperatures, while the liquid ejector systemmodel indicates higher eciency improvement potential at relatively lower gas cooler outlet temperaturesand pressures.From the vapor ejector field data evaluation, this is confirmed with additional findings of lowejector work recovery eciencies at low gas cooler outlet temperatures. Furthermore, problemsin the ejector operation are found for too low evaporation temperatures in one of the systems. Inaddition, an unstable ejector control at certain operating conditions is linked to a decreasing ejectorperformance. While the ejector is found not to provide any significant savings in one of the systemsmainly due to low evaporation temperatures, the other ice rink system is found to achievetotal energy savings of 7% from the ejector.For the liquid ejector field data evaluation, the ejectors are found to work as expected for the purposeof removing liquid from the low-pressure receiver. However, overfed evaporation conditionsare only found temporarily for most cabinets in the analysed systems, with remaining high averagesuperheat values. Low required air supply temperatures in the cabinets and the dimensioning of theexpansion valves at the evaporator inlet are identified as possible limitations for a further decreaseof the superheat and increase of the evaporation temperature. === Med den ökande betydelsen av CO2 som naturligt köldmedium med låg global uppvärmningspotential(GWP) har ejektorer använts i ett antal nya installationer för att återvinna expansionsarbetevid de höga drifttrycken i dessa system. I kallare klimat är detta särskilt vanligt i kombination medvärmeåtervinning på grund av de höga utloppstrycken i kompressorerna.I detta arbete analyseras fältmätdata från två kylsystem för isbanor med integrerade ångejektoreroch två kylsystem för livsmedelsbutiker med integrerade vätskeejektorer. Samtliga system finns inorra Europa. Syftet med studien är att utvärdera ejektorns samverkan med kylsystemet i praktiskatillämpningar. En teoretisk modell av ejektorsystemen utvecklas och utvärderas parallellt som referensför de analyserade systeminstallationerna.Modellen för det analyserade ångejektorsystemet visar att potentialen för e ektivitetsförbättringgenom ejektorn ökar vid högre utloppstemperaturer för gaskylare, medan modellen försystemet med vätskeutkastare visar att potentialen för e ektivitetsförbättring ökar vid relativt lägreutloppstemperaturer och tryck för gaskylare.Detta bekräftas i utvärderingen av fältdata från ångejektorsystemen som vid låga utloppstemperatureri gaskylaren samtidigt ger låg e ektivitet för ejektorn. Dessutom noteras problemmed ejektorns funktion vid för låga förångningstemperaturer i ett av systemen. En instabilstyrning av ejektorn vid vissa driftsförhållanden leder vidare till en minskad ejektore ektivitet.Medan ejektorn inte ger några betydande besparingar i det ena systemet, främst på grund av lågaavdunstningstemperaturer, har en total energibesparing på 7% från ejektorn hittats i den andra isbanan.När det gäller utvärderingen av fältdata för vätskeejektorer konstateras att ejektorerna fungerar somförväntat för att avlägsna vätska från vätskeavskiljaren. För de flesta kyldiskar i de analyseradesystemen syns dock bara kortvarigt flödad tillstånd i förångrarna, och i övrigt en kvarvarande höggenomsnittlig överhettning. Låg erforderlig tilluftstemperatur i kyldiskarna och dimensioneringenav expansionsventilerna vid förångarens inlopp identifieras som möjliga begränsningar för enytterligare minskning av överhettningen och en ökning av förångningstemperaturen.