Vapour-Compression refrigeration cycle

✏️Vapour-Compression  refrigeration  cycle

📌 The  vapour-compression  refrigeraon  cycle  is  the most  common cycle based  on which  most HVAC devices  works.

📌 It  consists  of  four  basic  components,  namely, compressor,  condenser,  evaporator,  and  expansion valve.  In  an  ideal  vapour-compression  refrigeraon cycle,  the  refrigerant  enters  the  compressor  as  a saturated  vapour  and  is  compressed  isentropically.

 📌Compressed  vapour  is  cooled  in  a  condenser  to  the saturated  liquid  state  and  then  expands  from  high pressure  to  low  pressure  in  the  expansion  device. 

📌A mixture  of  the  refrigerant  liquid  and  vapour  comes  out  of the  expansion  valve,  where  the  majority  is  liquid,  and evaporaon  of  the  liquid  in  the  evaporator  give  out  latent heat  of  evaporaon,  which  is  known  as  cooling  effect.

✏️Performance  of  Vapour-Compression  Refrigeraon  cycle

The  performance  of the  measure  in  terms of COP as given  in  eqn. COPR=QR/Win=h1-h4/h2-h1 Here,  QR  is refrigeraon  effect  (amount  of heat  removed  in  evaporator) and  Win  is work  input  to  the  compressor. 

✏️Parts  of  a  Vapour-Compression  cycle 

Condenser :Compressed  high  pressure  and  high  temperature  refrigerant vapour  comes  to  the  condenser,  where  it  is  condensed  to  liquid state  by  removing  its  latent  heat  and  subcooled  by  removing sensible  heat. 

📌Air  or  water  is  used  to  remove  heat  of  the  refrigerant.  Both have  their  inherent  advantages  and  allocaon. 

📌 Air  cooled  condenser  does  not  require  water,  simple  and  less maintenance  is  involved  but  works  at  higher  condensaon temperature  and  air  having  less  heat  carrying  capacity  requires more  heat  transfer  surface  area.

Expansion  Valve:

📌The  funcon of  an expansion  valve  is  to  meter  the  liquid  refrigerant in  the  evaporator  and maintain  a  pressure  difference  between  the  condenser  and evaporator.  Different  expansion  Valves,  float  valve,  thermostac, electronic  or  balance  expansion  valve,  capillary  tube  etc. 

📌A capillary  tube  is  the  simplest  expansion  device  to  produce  pressure difference.  It  is  made  of  a  small  diameter  tube  and  is  suitable  for company  assembled  devices  like  refrigerator,  water,  cooler,  display type  cabinets,  window  air  condioners,  etc. 

📌It  cannot  regulate  the  amount  of  refrigerant  so  it  is  suitable  for  fixed f low machines.

Evaporator:

📌Refrigerant  evaporates  and  absorbs  latent  heat  of  evaporaon  from  the surroundings  in  an  evaporator.  An  air  cooled  heat  exchangers  are  shell and  tube  type  or  plate  type.  Shell  and  tube  evaporators  are  divided  into dry  type  or  flooded  type  evaporators. 

Refrigerant : 

📌The  refrigerant  plays  the  role  of  absorbing  and  transming  heat  in  a vapour  compression  refrigeraon  system.  Most  common  desirable properes  of  a refrigerant  are  pressure  temperature  relaonship, freezing  point,  chemical  stability,  toxicity,  ozone  depleon  potenal, Global  warming  potenal,  and  cost.  CFCs  were  popular  refrigerants  in the  last  century  and  they  have  now  been  replaced  with  HFCs  and  HCFCs to  save  the  environment.

✏️Energy  Use  Indices

📌 According  to  ASRAE  standards,  following  are  the  current  energy  use indices  for  refrigeraon  compressors,  packaged  units,  heat  pumps,  and chillers: 

1.  Coefficient  of  Performance  (COP)  is  the  rao  of  cooling  capacity  in  kW  to the  total  power  input  in  kW,  at  any  given  set  of  rang  condions. COP=Refrigeraon  effect  kW/Work  input  kW

 2.  Energy  efficiency  rao  is  defined  as  the rao  of  net  cooling  capacity  of  a refrigeraon compressor,  a  packaged  unit,  or  other  device,  in  BTU/h,  to  the  electric power  input  to  that  device,  in  W,  under  designated  operang  condions. EER=Refrigeraon  effect  BTU/hr/Work  input  w

3.  kW/ton  indicates  the  electric  power  consumpon  of  a refrigerang compressor  per  ton  of  refrigeraon  effect. kW/ton=Work  input kW/Refrigeraon  effect ton. 

✏️Impact  of  Refrigerants  on  Environment  and  Environment  and  Global Warming 

📌The  surface  of  the  earth  is  surrounded  by  a layer  of  air,  called  the atmosphere.  The  lower  atmosphere  is  called  the  hemisphere,  and  the upper  atmosphere  is  called  stratosphere. 

📌They  are  very  stable.  Halons  are  also  halogenated  hydrocarbons. If  CFCs  and  halons  leak  or  are  discharged  from  a  refrigeraon  system during  operaon  or  repair  to  the  lower  atmosphere,  they  will  migrate to  the  upper  stratosphere  and  decompose  under  the  acon  of ultraviolet  rays  throughout  decades  or  centuries.

📌A cloudless  hemisphere  is  mainly  transparent  to  short  wave  solar radiaon  but is  quite  opaque  to  long  wave  infrared  rays  emied  from the  surface  of  the  earth.

📌Carbon  dioxide  has  the  greatest  blocking  effect  of  all;  water  vapour and  synthec  CFCs also  play  important  roles  in  blocking  the  direct escape  of  infrared  rays  is  called  the  greenhouse  effect. 

📌 The  increase  of  the  CO2,  vapour,  CFCs,  and  other  gases,  oen  called greenhouse  gases,  eventually  will  result  in  a  rise  in  air  temperature near  the  earth’s  surface.  This  is  known  as  the  global  warming  effect.