Experimental investigation of flow boiling heat transfer of R515B in chemically etched tubes

R-515B Solstice® N15 is a non-flammable refrigerant; it has zero ozone depletion potential, a GWP of 298 CO₂ eq., and shares very similar characteristics as R-134A. It is therefore ideal as a replacement for R-134A in medium-temperature applications in commercial refrigeration and in high-temperature applications in cooling systems. To address the gap in the literature regarding the use of new low-GWP refrigerants, such as R-515B, and given its excellent thermophysical properties, we decided to study its evaporation within a small, commercially available copper tube of 30 centimetres with a inner diameter of 4.5 millimetres, electrically heated. The tube was chemically etched using an HCl-based solution by immersion for 24 hours, in order to increase surface roughness and create sites to allow bubble formation for nucleate boiling. It was then integrated, via appropriate soldering and bonding, into the system housed in the Laboratory of Heat Transfer in Micro-Geometries (LABHEATMG) of the Department of Industrial Engineering at the University of Padua. Finally, a comparison between the etched tube and a smooth tube was proposed, by estimating the heat transfer coefficient of the smooth tube with the same inner diameter under the same working conditions with a correlation available in the literature.

L’R-515B Solstice® N15 è un refrigerante non infiammabile, ha un potenziale sull’ozono nullo, ha un GWP pari a 298 CO2 eq. e presenta anche caratteristiche simili all’R-134A. È dunque perfetto per sostituirlo per applicazioni a media temperatura nella refrigerazione commerciale e per applicazioni in alta temperatura nei sistemi di raffrescamento. Per colmare il divario presente in letteratura riguardo l’utilizzo di nuovi liquidi refrigeranti a basso GWP, come l’R-515B, e date anche le sue ottime caratteristiche termofisiche, si è scelto di studiarne l’evaporazione all’interno di un piccolo tubo di rame commerciale lungo 30 cm di diametro interno 4.5 millimetri, riscaldato elettricamente. Esso è stato lavorato con attacco chimico a base di HCl in immersione per 24 ore, in modo da aumentare l’irregolarità superficiale e creare dei siti favorevoli alla formazione di bolle per l’ebollizione nucleata. È stato poi inserito, tramite opportune saldature, incollature e incastri, nell’impianto presente nel Laboratorio di Trasmissione del Calore in Microgeometrie (LABHEATMG) del Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università di Padova. Infine, è stato proposto un confronto tra il tubo con attacco chimico e un tubo liscio, stimando il coefficiente di scambio termico del tubo liscio, avente lo stesso diametro interno e operante nelle medesime condizioni di lavoro, mediante una correlazione disponibile in letteratura.