Co je to chladicí cyklus a jak je definován?

Evelyn Maitee Marin
Průmyslový inženýr, MSc ve fyzice a EdD

Chladicí cyklus označuje opakující se termodynamický proces, ve kterém se látka používá jako chladivo mění fáze v okruhu a jeho funkcí je absorbovat teplo z prostoru, který má být upraven, aby se uvolnilo teplo v jiném kraj. Na rozdíl od jiných termodynamických cyklů, jako je výkon, v systémech používaných pro chlazení není účelem získávání energie pro prodej nebo spotřebu, ale spíše tepelná úprava prostoru, např pokoj, místnost.

S provozním schématem podobným jako u chladicích cyklů existují tepelná čerpadla, která na rozdíl od vzduchu Kondicionované se používají k vytápění prostoru, to znamená k odebírání tepla z vnějšího prostředí, aby se uvolnilo uvnitř požadovaných prostor. stav.

Z teoretického hlediska mohou být chladicí cykly studovány s ohledem na komponenty, které tvoří systém a také různé stupně, kterými prochází chladivo v různých stavech. Následující graf ukazuje klasifikaci chladicích systémů:

Typy chladicích systémů

Základní součásti chladicího okruhu

Podle druhého zákon z Termodynamikatepelný tok nastává spontánně vždy z oblasti větší teplota při nižší teplotě a jinak je k provádění chladicího procesu vyžadováno nějaké zařízení nebo mechanismus. K tomu potřebuje každý chladicí systém alespoň čtyři komponenty:

• Kompresor: je zařízení zodpovědné za zvýšení tlaku chladiva, jakmile se odpaří. Za ideálních podmínek je proces komprese při konstantní entropii, i když v praxi dochází ke zvýšení entropie.

• Výparník: tento systém je v podstatě výměníkem tepla, kterým cirkuluje chladivo absorbovat teplo z prostoru, který má být kondicionován, a v důsledku toho se směs změní do stavu parní.

• Expanzní ventil: také nazývaný kapilární trubice nebo expandér. Za ideálních podmínek toto zařízení pracuje isenthalpicky (at entalpie konstantní) a jeho funkcí je snížit tlak chladiva ve směšovací zóně.

• Kondenzátor: je tvořen spirálou, kterou prochází chladivo v parním stavu, při tlaku a teplotě vyšší, než jsou podmínky ve výparníku. Při průchodu kondenzátorem uvolňuje chladivo teplo do vnějšího prostředí a kondenzuje, až se z něj stane kapalina. V ideálním případě proces kondenzace dochází k němu při konstantním tlaku, i když ve skutečnosti se většinou projevují tlakové poklesy.

Základní komponenty chladničky

Koeficient výkonu (COP)

Jak již bylo zmíněno, pro odebírání tepla z prostoru (chlazení) a provádění fází výměny chladiva v cyklickém procesu jsou zapotřebí zařízení, která pracují energie (elektrické popř palivo), a to představuje náklady, které by se měly snažit minimalizovat a maximalizovat funkci, která se od nich v rámci cyklu očekává.

U výkonových cyklů se tepelný nebo elektrický výkon obvykle určuje z účinnosti cyklu resp jeho složek a jako taková by se tato hodnota měla vždy pohybovat mezi 0 a 1 (v procentech by to bylo mezi 0 a 100 %). V chladicích cyklech je však nejběžnější analyzovat jeho výkon s použitím jako referenčního parametru koeficient výkonu, zkrácený jeho zkratkou v angličtině jako COP (koeficient výkonu), jehož hodnota je téměř vždy větší než jednota, je vždy kladná a je určena z následující výraz:

Ideální parní kompresní chladicí cyklus

Za účelem maximalizace koeficientu výkonu chladicích cyklů byly navrženy různé metody, nejvíce Nejjednodušší z nich je parní kompresní chlazení, které je tvořeno čtyřmi stavy, které jsou uvedeny v dalším obraz):

• Izentropický kompresní proces v kompresoru (stavy 1 – 2),

• Proces odvádění tepla konstantním tlakem v kondenzátoru (stavy 2 – 3),

• Izenthalpický expanzní proces v expanzním ventilu (stavy 3 – 4),

• Proces absorpce tepla ve výparníku při konstantním tlaku (stavy 4 – 1).

Následující schéma ukazuje a diagram teploty (T) vs. entropie (s), kde jsou uvedeny různé stavy, kterými chladivo prochází během jeho průchodu komponentami systému k dokončení chladicího cyklu stlačením parní:

Q_L je teplo absorbované z klimatizovaného prostoru, Q_h je teplo odváděno ven a W_komp představuje práci kompresoru.

Jak bylo popsáno, pracovní tekutinou v chladicích cyklech je chladivo a na trhu jich existuje široká škála. Chladiva se vyvinula a v současnosti je trendem volit taková, která jsou méně znečišťující, netoxická a mají vlastnosti požadované v systému, který má být instalován.

Některé z nejčastěji používaných typů chladiv

Tato skupina chladiv tvoří 90 % chladiv používaných ve Spojených státech.