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Optimizing chiller operation based on finite-time thermodynamics: universal modeling and experimental confirmation

1997; Elsevier BV; Volume: 20; Issue: 3 Linguagem: Francês

10.1016/s0140-7007(96)00074-6

1879-2081

Jeffrey M. Gordon, Kim Choon Ng, Hui Tong Chua,

Thermal Radiation and Cooling Technologies

The efficiency of chillers (refrigeration and heat pump devices) is limited by the dissipation from their principal components: compressor, throttler, and heat exchangers at the condenser and evaporator. Developing a generalized finite-time thermodynamics model for reciprocating chhillers, we derive analytic formulae for how the fixed finite resources of cycle time and heat exchanger inventory should be allocated so as to optimize chiller performance. Our predictions for optimal operating schemes are compared with detailed experimental data from two different commercial chillers. The agreement between theory and actual performance data attests to the empirical wisdom that has evolved in chiller manufacture. Besides quantitatively documenting the individual sources of irreversibility, we show how the limitations of currently-available chiller components affect optimal chiller design, as well as how potentials steps to improve chiller efficiency can be evaluated within a universal thermodynamic framework. L'efficacité des refroidisseurs (froid e t pompes à chaleur) est limitée par la dissopation dans leurs principaux composants: compresseur, robinet d'étranglement et échaneurs de chaleur, condenseur et évaporateur. Por mettre au point un modèle généralisé de thermodynamique àéléments finis pour des refreidisseur à piston, nous résolvons des équations représentant la façon dont les ressources finies fixée du cycle et les composants de léchangeur de chaleur doivent être réparties au mieux. Nous comparons nos prévisions de schémas de fonctionnement optimaux à données expérimentales détaillées provenant de deux refroidisseaurs du commerce différebt, L'accord entre théoric et données de performance réelles vérifile le savoir empirique acquis dans les usiness. Outre la quantification des diverses sources d'irréversibilité, nous montrons comment les limitations des composants pour refroidisseurs actuellement disponibles influencent la conception optimale du refroidisseur, ainsi que comment évaluer les étapes d'amélioration possibles du rendement d'un refroidisseur à l'intérieur d'un cadre thermodynamique universel.