Thermodynamic performance limit considerations for dual-evaporator, non-azeotropic refrigerant mixture-based domestic refrigerator-freezer systems

Non-azeotropic refrigerant mixtures (NARMs) are investigated for a two-temperature level heat exchange process found in a domestic refrigerator-freezer. Ideal (constant air temperature) heat exchange processes are assumed. The results allow the effects of intercooling between the evaporator refrigerant stream and the condenser outlet stream to be examined in a systematic manner. For the conditions studied, an idealized NARM system will have a limiting coefficient of performance (COP) that is less than that of the best performing pure refrigerant component. However, for non-ideal heat exchange processes (gliding air temperature), the NARM-based system can have a higher limiting COP than a system running on either pure NARM component. Intercooling significantly affects the COP of NARM-based systems; however, depending on the location of ‘pinch points’ in the heat exchangers, only one intercooling heat exchanger may be needed to obtain a NARM's maximum refrigerator COP. The results are presented for mixtures of R22–R142b, R22–R123 and R32–R142b. On a effectué des recherches sur des mélanges de frigorigènes non azéotropiques (NARM) utilisés dans le processus d'échange de chaleur à deux niveaux de température, d'un réfrigérateur-congélateur domestique. On a supposé que l'échange de chaleur était idéal (température de l'air constante). Les résultats permettent d'examiner de manière systématique les effets de l'échange intermédiare entre la vapeur sortant de l'évaporateur et le fluide venant du condenseur. Dans les conditions étudiées, un systéme idéalisé à mélange non azétropique aura un coefficient de performance (COP) limite, c'est-à-dire inférieur à n'importe quel système utilisant un des fluides du mélange. Cependant, dans le cas d'un échange de chaleur non idéal (glissement de la température de l'air), le système à mélange de fluides a un COP limite plus élevé qu'un systéme fonctionnant avec un des fluides du mélange. Le refroidissement intermédiaire a un effet significatif sur le COP des systèmes à mélange de fluides; cependant, selon la localisation des ‘points d'intersectionlrs dans les échangeurs de chaleur, om peut n'avoir besoin que d'un échangeur de chaleur intermédiaire pour maximaliser le COP du réfrigérateur à mélange de fluides. On présente les résultats pour les mélanges R22/R142b, R22/R123 et R32/R142b.