Four-way refrigerant piping system design for variable speed compressor

Abstract

In the study, a new refrigerant piping system was designed for an air conditioner with a capacity of 12 000 BTU. The purpose of designing a new piping system is to eliminate the vibration problem that occurs at low frequencies. This vibration problem causes an undesired sound level in the device acoustically. With the new refrigerant pipe group, the vibration rate has been reduced by 30% on average, in areas where problems were experienced. The pressure, temperature, and velocity distributions in the developed design and the existing design were analyzed numerically with ANSYS 2021 R1 software. At the same time, a new capillary pipe system has been designed for the refrigerant pipe group. By designing the capillary tube, it is aimed to optimize the capacity of the existing system. In addition to numerical studies, experimental studies have also been carried out on which the capillary system is more suitable for the developed system by applying performance tests to both the existing system and different capillary systems. The phase change, pressure, temperature, and velocity distributions in the capillary tubes obtained in the experimental performance tests were used to verify the numerical model. The Volume of Fluids (VOF) model, which is a two-phase flow model, was used in numerical analysis. The lengths of the phase transition in the capillary tube system were also examined within the scope of the study. It has been determined that the phase change zone in the current system with 1.7 mm × 900 mm + 1.7mm × 300 mm capillaries have a shorter distance than the 1.5 mm × 700 mm capillary group. Thanks to the verification of the numerical model results with experiments, a validated numerical model was obtained to be used in future studies.

Çalışmada 12 0000 BTU kapasiteye sahip bir klima için yeni bir soğutucu boru sistemi tasarımı gerçekleştirilmiştir. Yeni bir boru sisteminin tasarlanmasındaki amaç düşük frekanslarda meydana gelen titreşim probleminin ortadan kaldırılmasıdır. Bu titreşim problemi akustik olarak cihazda istenmeyen ses düzeyinin oluşmasına yol açmaktadır. Yapılan yeni soğutucu boru grubuyla sorun yaşanılan bölgelerde titreşim oranı ortalama olarak %30 oranında azaltılmıştır. Yeni tasarım ve mevcut tasarımdaki basınç, sıcaklık ve hız dağılımları ANSYS 2021 R1 yazlımı ile nümerik olarak analiz edilmiştir. Aynı zamanda soğutucu boru grubu için yeni bir kılcal boru sistemi de tasarlanmıştır. Kılcal borunun tasarlanmasıyla mevcut sistemin kapasitesinin optimize edilmesinin sağlanması amaçlanmıştır. Sayısal çalışmalara ek olarak hem mevcut sistemin hemde farklı kılcal sistemlere performans testleri uygulanarak, geliştirilmiş sisteme hangi kılcal sistemin daha uygun olduğuna dair deneysel çalışmalar da yürütülmüştür. Deneysel performans testlerinde elde edilen kılcal borular içerisindeki faz değişimi, basınç, sıcaklık ve hız dağılımları nümerik modellin doğrulanması için kullanılmıştır. Sayısal analizlerde iki fazlı akış modeli olan Volume of Fluids (VOF) modeli kullanılmıştır. Kılcal boru sistemindeki faz geçişinin olduğu uzunluklar da çalışma kapsamında incelenmiştir. Mevcut sistemde kullanılan 1.7mm×900mm+1.7mm×300mm kılcal kullanımındaki faz değişim bölgesinin 1.5mm×700mm kılcal grubuna göre daha kısa mesafede olduğu yapılan analizler sonucunda tespit edilmiştir. Sayısal model sonuçlarının deneyler ile doğrulanması sayesinde ilerleyen aşamalarda yürütülecek çalışmalarda kullanılmak için doğrulanmış sayısal model elde edilmiştir.