Investigation of the Impact Factors on the Optimal Intermediate Temperature in a Dual Transcritical CO2 System with a Dedicated Transcritical CO2 Subcooler

Abstract

As a natural fluid with superior environment advantages, CO2 is used to constitute a dual transcritical system to reduce performance deterioration under high gas-cooler outlet temperature. Aiming at the system configuration, improvement potential, and optimization, the proposed system is deeply analyzed, and corresponding coupling models are presented in detail. First, the veracity of simulation models is completely verified by comparing with previous measurements. Then, the existence of the optimal intermediate temperature is validated, while the optimal values are found to increase with the augmentation in ambient and water-feed temperatures. Moreover, the negative effects of the pinch point on the heat transfer inside the gas cooler could be greatly reduced by using the dual gas cooler. Finally, a predictive correlation for optimal intermediate temperature determination with ambient and water-feed temperature as independent variables is proposed, which provides a theoretical basis for the proposed system to realize efficient control in the industrialization process.

Review of Recent Advances in Transcritical CO2 Heat Pump and Refrigeration Cycles and Their Development in the Vehicle Field

“…Conversely, the sub-cycle COP increases with the increase of intermediate temperature. Less than 5% variation of the whole system COP was observed under different operating conditions [116]. They further presented that the COP of the main cycle does not follow a particular pattern with the intermediate temperature under different operating conditions.…”

Modelación de sistemas de refrigeración basados en R744 (CO2) para supermercados en Chile.

“…Si bien estas predicciones son buenas, son basadas en modelos termodinámicos simples y pueden ser mojables. En cambio, Song et al (2020) demostraron que modelando ambos sets de compresores mediante procesos físicos es posible obtener resultados con errores menores a un 5% durante todo el rango de temperaturas, respecto a resultados experimentalmente. Debido al estado actual de las modelaciones de los compresores y su importancia, se necesitan más estudios sobre el complejo comportamiento de los compresores de R744 (Gullo et al, 2018b).…”

“…Algunos autores emplean el método de ε-NTU en la modelación del gas cooler/condensador con modelos numéricos distribuidos (Efstratiadi et al, 2019;Tassou, 2011, 2009;Hazarika et al, 2018;Keshtkar, 2019;Y. Song et al, 2020;Tsamos et al, 2017b), resultando de elevada complejidad y consumiendo mayores tiempos de cálculo, pero con resultados confiables.…”

“…De igual forma, los autores Ge & Cropper (2009) modelaron el gas cooler/condensador en un modelo distribuido. Por otra parte, los autores Song et al (2020) emplearon un modelo semi-empírico basado en conceptos físicos, distinto a los anteriormente nombrados, el cual es basado en las expresiones de transferencia de calor.…”

“…Mientras que el resto solo asumen cargas constantes y modelan el evaporador con un simple balance de energía. Solo tres investigaciones modelan el evaporador de forma detallada (Hazarika et al, 2018;Mitsopoulos et al, 2019;Y. Song et al, 2020).…”