The effect of oil in refrigeration: Current research issues and critical review of thermodynamic aspects

A lubrication agent is necessary in almost all the refrigeration vapour compression systems, particularly for the correct operation of the compressor. However, a certain portion of the oil always circulates with the refrigerant through the cycle. This circulation is at the origin of a deviation from the theoretical behaviour (i.e. based on pure refrigerant) of the components. This article aims at reviewing the oil-related researches in the field of refrigeration. Previous reviews in the literature focused on the thermo-hydraulic consequences of the presence of oil; we will analyse here its thermodynamical consequences. In a first part, a brief literature review will give an overview of current scientific and technological issues concerning the impact of oil on components or on whole refrigeration systems. The typical approaches and methods employed to address this problem will be described. These researches require sound tools for the evaluation of thermodynamic properties of refrigerant–oil mixtures. The second part of this article is hence a critical review of these tools, and focuses particularly on liquid–vapour equilibrium, absorption–diffusion, and mixture enthalpy calculation.

RésuméLa présence d'un lubrifiant est nécessaire dans pratiquement tous les systèmes frigorifiques à compression mécanique de vapeur, principalement pour garantir le fonctionnement correct du compresseur. Cependant, une partie de l'huile circule avec le frigorigène à travers le circuit, ce qui modifie le comportement théorique (i.e. sans huile) des composants ou du système. L'objectif de cet article est de proposer une synthèse des travaux relatifs à la présence d'huile dans le domaine du Génie Frigorifique. Comme des synthèses portant sur les aspects thermo-hydrauliques de cette question ont été publiés auparavant, nous nous concentrerons ici sur les aspects thermodynamiques. Dans un premier temps, une analyse bibliographique mettra en évidence les questions techniques et scientifiques actuelles concernant l'impact de l'huile sur les composants ou les systèmes complets. Les méthodes et approches typiquement employées pour répondre à ces questions seront décrites. On montrera que, pour une compréhension correcte de ces résultats, il est impératif de disposer d'outils fiables pour le calcul des propriétés thermodynamiques des mélanges huile–frigorigène. C'est pourquoi, dans un deuxième temps, cet article proposera une synthèse critique de tels outils, particulièrement pour la description des équilibres liquide–vapeur, des phénomènes d'absorption–diffusion et du calcul de l'enthalpie des mélanges.