Studio degli aspetti energetici connessi all'utilizzo di sistemi ad eiezione nella refrigerazione domestica

The household refrigerator-freezer is an electric appliance which contributes significantly in domestic electric consumption (about 10-25%) and always more and more attention is paid to the energy efficiency of such devices due to the energy labelling scheme introduced by the European Directive 92/75/EC. There are several ways of improving the performance of a vapour compression refrigeration cycle. A possible mean for achieving energy saving in this kind of cycle consists in replacing the throttling valve with an ejector as expansion device. The ejector allows to recover the kinetic energy from the nozzle to increase the pressure of the refrigerant stream coming out of the evaporator, so that the work of compression can be reduced. This work presents the evolution of ejector in the refrigeration systems and focus the attention in household refrigerator. The main part of the work starts by analysing an existing refrigeration cycle for a real household refrigerator produced by Indesit Company and aims at assessing the effect of introducing an ejector as expansion device in the system. Different configurations are analysed and compared in order to evaluate the most performing, in particular the analysis of the ejector cycle, considering both a constant area and a constant pressure device, is presented by varying the schematic of the system and performance parameters. The simulation shows that the best performing cycle is a constant pressure ejector cycle without any suction liquid heat exchanger. The last part of the work presents the realization of a 3D virtual prototype of the ejector on the basis of simulations carried out and on the literature. This prototype will be useful for a possible later experimentation.

Il frigorifero è una apparecchiatura che contribuisce in modo significativo sui consumi elettrici residenziali (circa il 10-25%) e per questo sempre più attenzione viene dedicata all'efficienza energetica di tali dispositivi, anche per via del sistema di etichettatura energetica istituito dalla direttiva europea 92/75/CE. Esistono diversi modi per migliorare le prestazioni di un ciclo frigorifero a compressione di vapore. Una possibile via per raggiungere il risparmio energetico in questo tipo di cicli consiste nella sostituzione della valvola di laminazione, o meglio del tubo capillare, con un eiettore che funga da dispositivo di espansione. L'eiettore consente di recuperare l'energia cinetica dall'ugello per aumentare la pressione del flusso del refrigerante che esce dall'evaporatore, in modo da ridurre il lavoro di compressione. Questa tesi presenta l'evoluzione dell’eiettore nei sistemi di refrigerazione, focalizzando poi l'attenzione nella loro applicazione ai frigoriferi domestici. La parte principale dello studio è incentrata sull’analisi di un ciclo a compressione di vapore utilizzato in un reale frigorifero domestico prodotto da Indesit S.p.A., e mira a valutare l'effetto prodotto dall'introduzione di un eiettore come dispositivo di espansione nel sistema. Differenti configurazioni sono analizzate e confrontate per valutare la più performante in termini energetici, in particolare viene mostrata l'analisi del ciclo con eiettore, considerando sia un eiettore a pressione costante sia uno ad area costante, modificando anche i parametri di sistema e le prestazioni del singolo componente. Le simulazioni dimostrano che il miglior ciclo a livello di prestazione è quello con l’eiettore a pressione costante senza scambiatore di calore in aspirazione. L'ultima parte del lavoro presenta la realizzazione di un prototipo virtuale 3D dell'eiettore sulla base delle simulazioni effettuate e sulla letteratura presente sull'argomento.