Experimental analysis of a suction accumulator in a heat pump system

This thesis looked at pressure drop in a suction accumulator used in a propane (R290) heat pump. The unit is important because it keeps liquid refrigerant out of the compressor. If liquid gets in, the compressor can be damaged. Even though it does this key job, its behaviour under different running conditions is still not fully known. The study measured total and local pressure drops. It also checked which parts inside the unit caused the most loss. The tests were done on a special rig. It had pressure sensors, thermocouples, and flow meters. The outdoor air temperature was controlled. The compressor was run at different speeds. The setup tested was a 1.4 L unit with a 2 mm bleed hole, a 4.8 mm bypass hole, and a deflector. Results showed the overall suction pressure drop was very small, between 0.013 and 0.156 bar. This was important because it proved the efficiency loss was almost nothing. Most of the losses came from the deflector and the bleed hole. The bypass only had a small role as a stabilizer. When the compressor speed increased, the drop went up. At lower outdoor temperature, the drop went down, because the mass flow was less. The results made one point clear. A well-designed suction accumulator protects the compressor without hurting efficiency. The study also gave a base for later work on the local losses (K) values and full system efficiency. This was important because it showed how future designs can be improved, especially for heat pumps that use low-GWP refrigerants like propane.

Nel presente lavoro di tesi è studiata la caduta di pressione in un accumulatore in aspirazione usato in una pompa di calore a propano (R290). Questo componente è importante perché impedisce al refrigerante liquido di entrare nel compressore, evitando, così, possibili danneggiamenti. Anche se ha questo ruolo essenziale, il suo comportamento in diverse condizioni di lavoro non è ancora ben conosciuto. Lo studio ha misurato le perdite di pressione totali e locali, verificando anche quali parti interne contribuiscono maggiormente alla perdita di carico totale. I test sono stati condotti su un banco prova dedicato dotato di sensori di pressione, termocoppie e misuratori di portata. La temperatura dell’aria esterna è stata controllata e la frequenza del compressore è stata variata. La configurazione usata considera un accumulatore da 1,4 l con un foro di spurgo dell’olio di 2 mm, un foro di bypass di 4,8 mm e un deflettore. I risultati hanno mostrato che la caduta di pressione complessiva sul lato di aspirazione è molto bassa, nell’intervallo 0,013 - 0,156 bar. Questo risultato permette di concludere che l’efficienza della pompa di calore non è, nella pratica, ridotta dal componente. Le perdite di carico principali sono imputabili al deflettore e al foro di spurgo dell’olio, mentre il bypass ha solo un piccolo effetto di stabilizzazione. Per quanto concerne l’influenza della velocità del compressore, un suo aumento comporta un aumento della perdita di carico a causa della maggiore portata massica. Viceversa, al diminuire della temperatura esterna, la caduta di pressione diminuisce perché il flusso di massa diminuisce. I risultati hanno dimostrato chiaramente che un accumulatore in aspirazione ben progettato protegge il compressore senza ridurre l’efficienza. Lo studio ha anche creato una base per futuri lavori sui coefficienti di perdita (K) e sull’efficienza del sistema. Questo è importante perché aiuta a migliorare la progettazione di questo componente, soprattutto per pompe di calore che usano refrigeranti a basso GWP come il propano.