Integration of a microchannel heat exchanger in a reversible heat pump system

Résumé et principaux résultats

Communication au Congrès CLIMAMED 2006
Abstract: This paper presents results from the integration of a microchannel heat exchanger (MCHEX) into a conventional R410A reversible air-to-water heat pump system. This implementation is made assuming equal face areas for the heat exchangers analyzed. The overall goal of the investigation is to achieve an easy integration of the MCHEX into the baseline unit and an efficiency increase in both heating and
cooling modes. The impact of utilizing a MCHEX on refrigerant charge and refrigerant distribution, along with frosting concerns are also evaluated. The baseline unit was tested to establish operating conditions for properly designing the MCHEX into the heat pump system. The new system, equipped with the MCHEX, shows very encouraging results in terms of refrigerant charge reduction (nearly 50% versus baseline unit) and efficiency gain (about 12%) for cooling mode. Tests performed in heating mode demonstrate similar frosting characteristics to the baseline unit and successful draining of the condensed humidity. Distribution patterns of the liquid refrigerant in two phaseflow
indicate inadequate circuiting, which leads to approximately equal performance with the baseline unit instead of an anticipated increase. Analysis of the MCHEX circuiting with a thermal imaging (IR) camera has identified areas for further design improvements In collaboration with the heat exchanger manufacturer, several coil design were constructed. Subsequent testing under heating mode showed that fluid distribution was significantly improved in these coils, and yielded a slightly higher heating mode performance.
Titre : Intégration d'un échangeur de chaleur à microcanaux dans une pompe à chaleur réversible
Résumé : Ce document présente les résultats de l'intégration d'un échangeur de chaleur à microcanaux dans une pompe à chaleur réversible air-eau fonctionnant au R410A. Cette mise en oeuvre a été faite en gardant constante la surface frontale de l'échangeur. L'objectif global est de parvenir à une intégration facile de l'échangeur à microcanaux et à une augmentation de l'efficacité à la fois en mode chauffage et refroidissement, tout en évaluant l'impact de l'utilisation de l'échangeur à microcanaux sur la charge en fluide frigorigène, sur la distribution du fluide dans l'échangeur et sur le givrage. La pompe à chaleur de base a tout d'abord été testée pour permettre le dimensionnement correct de l'échangeur à microcanaux. En mode refroidissement, la pompe à chaleur munie de l'échangeur à microcanaux montre des résultats très encourageants en termes de réduction de la charge de réfrigérant (près de 50 % par rapport à l'appareil de base) et de gain d'efficacité (environ 12 %). En mode chauffage, les essais montrent un givrage similaire à celui de la pompe à chaleur de base et un drainage correct des condensats. En revanche, la distribution du fluide frigorigène diphasique n'est pas
satisfaisante et conduit à des performances à peu près égales à celles de l'unité de base, au lieu de l'augmentation attendue. L'analyse du circuitage de l'échangeur par thermographie infrarouge a permis d'identifier des pistes d'amélioration. En collaboration avec le fabricant de l'échangeur de chaleur, plusieurs variantes ont alors été conçues. Leurs essais en mode chauffage montrent que la distribution du fluide frigorigène est améliorée, avec une efficacité énergétique est légèrement supérieure.

Commissions

Machines thermodynamiques

Thème

Echangeurs de chaleur

Mots-clés

Echangeurs, Echangeurs microcanaux, Groupe d'eau glacée à compression, Pompes à chaleur

Auteurs

BENSAFI Ahmed, GULYAS Gabriel, HANTZ Dominique