Discussion of the feasibility of the Einstein refrigeration cycle

A careful modelling of the thermodynamic properties of the water–ammonia–butane system, the working fluid mixture used in the Einstein cycle, with the Patel–Teja cubic equation of state is performed. Numerical simulation is used to investigate the feasibility limits of this refrigeration cycle. Two modified configurations of the cycle are considered. A conflict between the evaporator and the condenser/absorber operating conditions is noted. The condenser/absorber operation needs a higher system pressure, which limits the refrigeration temperature in the case of air-cooling. On the other hand, the condensation of ammonia and the presence of a small quantity of water in the evaporator limit also the refrigeration temperature. In the case of a water-cooled machine, with a condenser/absorber temperature of 30 °C, the cycle COP reaches 0.19 which is still low.

RésuméLes propriétés thermodynamiques du mélange ternaire eau-ammoniac-butane, le fluide actif utilisé dans le cycle frigorifique d'Einstein, sont modélisées soigneusement à l'aide de l'équation d'état cubique de Patel-Teja. Ce modèle a été exploité pour la simulation et l'étude des limites de faisabilité de ce cycle à absorption. Deux configurations modifiées ont été considérées. Un conflit entre les conditions de fonctionnement du condenseur/absorbeur et de l'évaporateur est mis en relief. D'une part, le condenseur/absorbeur nécessite une pression élevée pour fonctionner correctement, et d'autre part une faible quantité d'eau est présente au sein de l'évaporateur, entraînant une limitation de la température de refroidissement. Dans le cas d'une machine refroidie à l'eau, avec une température du condenseur/absorbeur de 30°C, le COP atteint 0,19, valeur encore faible. Il faut poursuivre les recherches afin de trouver d'autres fluides frigorigènes pour ce cycle ; en particulier, il faut pouvoir remplacer l'ammoniac par un gaz incondensable tel que le CO2.