The art of air blast freezing: Design and efficiency considerations

Each sub-system consists of two semi-hermetic reciprocating
compressors, oil separator, water cooled shell-and-tube condenser,
thermostatic expansion valves, evaporators and a suction accu-
mulator. Both systems use refrigerant R22. The freezer has eight
4.0 kW evaporator fans and racks for suspending meat carcasses.
Sub-System One has two Copelametic compressors, approxi-
mately 30 years old, rated at 26 kW each operating in parallel. These
compressors have older reed valves. Sub-system Two has two
DWM COPELAND compressors, approximately 10 years old, rated at
20.1 kW operating in parallel. These compressors have the more
modern discus valves.
Both SS1 and SS2 have three pass water cooled shell-and-tube
condensers mounted underneath the compressor racks. The
water cooling the condensers is fed from the mains which supplies
water for all the water cooled systems operating at the facility. The
heated water at the outlet of the condensers is returned to the
mains before entering the cooling tower. The water for all systems
is driven by a single centrifugal pump. SS1 has three evaporators,
one large and two small, each with different geometries. The large
evaporator is fed by two TXV’s, the two small evaporators are fed by
one TXV each. SS2 has two large evaporators each fed by two TXV’s.
The COP for the two-stage and single-stage systems is respec-
tively defined by Eqs.
(1) and (2))
-
Two-stage Coefficient of Performance:
COP
2stg
¼
_
m
LSC
ðh
2
h
1
Þ
_
m
LSC
ðh
2
h
1
Þ þ _
m
HSC
ðh
4
h
3
Þ
(1)
Fig. 6.
(a) Two-stage P-h diagram for system shown in
Fig. 5
and (b) corresponding theoretical single-stage P-h diagram operating with the same suction and discharge pressures.
Fig. 7.
Schematic of a single-stage carcass freezer operating in New Zealand.
P. Dempsey, P. Bansal / Applied Thermal Engineering 41 (2012) 71e83
76

COP
2stg
¼ 1.73
Single-stage Coefficient of Performance:
COP
1stg
¼
_
m
ref
ðh
2
h
1
Þ
_
m
ref
ðh
1
h
4
Þ
¼
h
2
h
1
h
1
h
4
(2)
COP
1stg
¼ 1.30
Splitting the refrigeration cycle into two stages and sub-cooling
resulted in 33% increase in COP from 1.30 to 1.73.
10. Simulation model of the two stage system
A steady state simulation model of the two-stage system was
developed to analyse the performance of the refrigeration System
using the Engineering Equation Solver
[33]
package to optimise the
system for maximum efficiency. The main model was based on
individual components including Compressors, condensers, evap-
orators etc. using equations and correlations from the open
literature.
10.1. Compressor model
The low and high stage compressors were modelled by the
method proposed by Popovic and Shapiro (1995), where the
geometry of both the low and high stage compressors was identical
(bore, stroke, rpm etc.). The refrigerant mass flow rate is calculated
by:
_

tải về 1.05 Mb.

Chia sẻ với bạn bè của bạn: