Since operating conditions are significantly different for heating and cooling mode operations in a $CO_2$ heat pump system, it is difficult to optimize the performance of the $CO_2$ cycle. In addition, the performance of a $CO_2$ heat pump is very sensitive to outdoor temperature and gascooler pressure. In this study, the cooling and heating performances of a variable speed $CO_2$ heat pump with a twin-rotary compressor were measured and analyzed with the variations of EEV opening and compressor frequency. As a result, the cooling and heating COPs were 2.3 and 3.0, respectively, when the EEV opening was 22%. When the optimal EEV openings for heating and cooling were 28% and 16%, the cooling and heating COPs increased by 3.3% and 3.9%, respectively, over the COPs at the EEV opening of 22%. Beside, the heating performance was more sensitive to EEV opening than the cooling performance. As the compressor speed decreased by 5 Hz, the cooling COP increased by 2%, while the heating COP decreased by 8%.
The cooling load in winter is significant in buildings and hotels because of the usage of office equipments and the high efficiency of wall insulation. Hence, the development of a multi-heat pump that can cover heating and cooling simultaneously for each indoor unit is required. In this study, the operating characteristics and performance of a simultaneous heating and cooling heat pump in the heating-main operating mode were investigated experimentally. The system adopted a variable speed compressor with four indoor units and one outdoor unit with R-410A. In the heating-main mode, the cooling capacity was lower than the design cooling capacity due to the reduction of the flow rate in the indoor unit for the cooling, with the increase of the heating capacity. To solve these problems, the performance characteristics of the simultaneous heating and cooling heat pump in the heating-main mode were investigated by varying the flow rate to the indoor unit for the cooling and the compressor rotating speed. In addition, the adequate control methods were suggested to improve the system efficiency.
In the present study, various experiments were performed to investigate capacity modulation and refrigerant flow distribution of a multi-heat pump using a variable speed compressor and electronic expansion valves(EEVs) in the cooling mode. Based on the experimental results, it was possible to understand the interrelation of dual indoor units which provides some difficulties in capacity control of each indoor unit. The characteristics of capacity modulation of two indoor units were measured by controlling two EEVs with a cooling load of each indoor unit.
The cooling load in winter season is significant in many commercial buildings and hotels because of the usage of office equipments and the high efficiency of wall insulation. The development of a multi-heat pump that can cover heating and cooling simultaneously for each indoor unit is required. In this study, a 4-room simultaneous heating and cooling heat pump system was designed and its performance was measured at each operating mode. The system used R-410A and adopted variable speed compressor. The problems on the designed system were analyzed and defined. In addition, the solutions of the problems were suggested to improve system efficiency and to obtain the stable operation.
The cooling load in winter is significant in buildings and hotels because of the usage of office equipments and the improved wall insulation. Hence, a multi~heat pump is required to cover heating and cooling simultaneously for each indoor unit. In this study, the operating characteristics and performance of a simultaneous heating and cooling heat pump in the cooling-main operating mode were investigated experimentally. The system adopted a variable speed compressor using R410A with four indoor units and one outdoor unit. In the cooling-main mode, the heating capacity decreased due to reduction of flow rate to the indoor unit under heating mode operation. The EEV opening was adjusted to increase flow rate to the indoor unit under heating mode operation. The total capacity and COP in the cooling-main mode increased by 20.5% and 29.2%, respectively, compared with those in the cooling-only mode.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제29권5호
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pp.526-532
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2005
The cooling heat transfer coefficient of $CO_2$(R-744) in a horizontal tube was investigated experimentally. The experiments were conducted without oil in a closed refrigerant loop which was driven by a magnetic gear pump. The main components of the refrigerant loop are a receiver, a variable-speed pump. a mass flow meter. a pre-heater and gas cooler(test section). The test section consists of a smooth, horizontal stainless steel tube of 7.75 mm inner diameter. The experiments were conducted at mass flux of 200 to $400\;kg/m^{2}s$ and the inlet cooling pressure of 7.5 MPa to 10.0 MPa. The variation of heat transfer coefficient tends to decrease as cooling pressure of $CO_2$ increases. The heat transfer coefficient with respect to mass flux increases as mass flux increases. The pressure drop of $CO_2$ in the gas cooler shows a relatively good agreement with that predicted by Blasius's correlation. The local heat transfer coefficient of $CO_2$ agrees well with the correlation by Bringer-Smith.
In this study, the improvement of cooling capacity by applying gas injection technique in a two-stage heat pump using R410A was experimentally investigated. A twin rotary type compressor with gas injection was applied to the heat pump system. The optimum refrigerant charge for the injection and the non-injection cycles was selected to achieve the maximum COP at the cooling standard condition. The injection cycle showed less optimum refrigerant charge than that of the non-injection cycle. The cooling performances of the injection and the non-injection cycles were measured and compared by varying compressor frequency from 40 to 90 Hz. The cooling capacity of the gas injection cycle was 1.6% -11.3% higher than that of the non-injection cycle. The COP of the gas injection cycle was 13.7% to 28.9% higher than that of the non-injection cycle at the same cooling capacity. The heat pump system showed stable operation after 30% of the injection valve opening.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제28권1호
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pp.65-74
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2004
The heat transfer coefficient and pressure drop of $CO_2$(R-744) during gas cooling Process of carbon dioxide in a horizontal tube were investigated experimentally and theoretically. The experiments were conducted without oil in the refrigerant loop. The main components of the refrigerant loop consist of a receiver. a variable-speed pump. a mass flowmeter, an evaporator. and a gas cooler(test section). The main components of the water loop consist of a variable-speed Pump. an constant temperature bath. and a flowmeter. The gas cooler is a counterflow heat exchanger with refrigerant flowing in the inner tube and water flowing in the annulus The test section consists of smooth, horizontal stainless steel tube of 9.53 mm outer diameter and 7.75 mm inner diameter. The length of test section is 6 m. The refrigerant mass fluxes were 200 ~ 300 kg/($m^2{\cdot}s$) and the inlet pressure of the gas cooler varied from 7.5 MPa to 8.5 MPa. The main results were summarized as follows : The predicted correlation can evaluated the R-744 exit temperature from the gas cooler within ${\pm}10%$ for most of the experimental data, given only the inlet conditions. The predicted gas cooley capacity using log mean temperature difference showed relatively food agreement with gas cooler capacity within ${\pm}5%$. The pressure drop predicted by Blasius estimated the pressure drop on the $CO_2$ side within ${\pm}4.3%$. The predicted heat transfer coefficients using Gnielinski's correlation evaluated the heat transfer coefficients on the $CO_2$ side well within the range of experimental error. The predicted heat transfer coefficients using Gao and Honda's correlation estimated the heat transfer coefficients on the coolant side well within ${\pm}10\;%$. Therefore. The predicted equation's usefulness is demonstrated by analyzing data obtained in experiments.
The applications of a transcritical $CO_2$ cycle into water heaters show advantages over conventional systems in the respect of power consumption and heating efficiency because the $CO_2$ cycle has a high compressor discharge temperature. Besides, the heating performance of the transcritical $CO_2$ cycle can be improved by optimizing operating conditions. In this study, the heating performance of a variable speed $CO_2$ heat pump was measured and analyzed by varying refrigerant charge amount, EEV opening, compressor frequency and outdoor temperature. As a result, the optimum normalized charge for heating was 0.226. The COPs at the compressor frequencies of 40, 50 and 60 Hz were 2.94, 2.75 and 2.25, respectively. The heating performance of the $CO_2$ cycle with charge amount was more sensitive than the cooling performance. Moreover, the heating performance was improved significantly by optimizing of compressor frequency and EEV opening.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제28권3호
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pp.500-508
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2004
The heat transfer coefficients during gas cooling process of carbon dioxide in a horizontal tube were investigated. The experiments are conducted without oil in the refrigerant loop. The main components of the refrigerant loop are a receiver, a variable-speed pump, a mass flow meter, a pre-heater, and a gas cooler(test section). The water loop consists of a variable-speed pump, an isothermal tank, and a flow meter. The gas cooler is a counterflow heat exchanger by cooled water flowing in the annulus. The $CO_2$ flows in the horizontal stainless steel tube. which is 9.53mm in O.D. and 7.75mm in I.D. The gas cooler is 6 [m] in length. which is divided into 12 subsections, respectively. The experimental conditions considered in the study are following range of variables : refrigerant temperature is between 20 and $100^{\circ}C$. mass fluxes ranged from 200 to 400kg/($m^2$.s), average pressure varied from 7.5 to 10.0MPa. The main results were summarized as follows : The friction factors of $CO_2$ in the gas cooler show a relatively good agreement with those predicted by Blasius' correlation. The local heat transfer coefficient in the gas cooler has compared with most of correlations, which are the famous ones for forced convection heat transfer of turbulent flow. The results show that the local heat transfer coefficient of gas cooler agrees well with the correlation by Bringer-Smith except that at the region near pseudo critical temperature. while that at the near pseudo critical temperature is higher than the correlation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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