Mikä on jäähdytyssykli ja miten se määritellään?

Evelyn Maitee Marin
Teollisuusinsinööri, Fysiikan maisteri ja EdD

Jäähdytyssykli tarkoittaa toistuvaa termodynaamista prosessia, jossa ainetta käytetään kylmäaineena se muuttaa vaiheita piirin läpi, ja sen tehtävänä on imeä lämpöä lämmitettävästä tilasta vapauttaakseen lämpöä toiseen alueella. Toisin kuin muut termodynaamiset syklit, kuten teho, jäähdytykseen käytetyissä järjestelmissä ei ole tarkoitus energian saaminen myyntiin tai kulutukseen, vaan pikemminkin tilan lämpökäsittely, esimerkiksi a huone.

Jäähdytysjaksojen kaltaisella toimintamallilla on lämpöpumppuja, jotka toisin kuin ilma Ilmastoituina niitä käytetään tilan lämmittämiseen, eli lämmön poistamiseen ulkoisesta ympäristöstä sen vapauttamiseksi haluttuun tilaan kunto.

Teoreettisesta näkökulmasta jäähdytyssyklejä voidaan tutkia ottaen huomioon komponentit, jotka muodostavat järjestelmän sekä eri vaiheet, joiden läpi kylmäaine kulkee eri tiloissa. Seuraava kaavio näyttää jäähdytysjärjestelmien luokituksen:

Jäähdytysjärjestelmien tyypit

Jäähdytyssyklin peruskomponentit

Toisen mukaan laki -lta Termodynamiikka, lämpövirtaus tapahtuu spontaanisti aina suuremmalta alueelta lämpötila alemmassa lämpötilassa ja muutoin jäähdytysprosessin suorittamiseen tarvitaan jokin laite tai mekanismi. Tätä varten mikä tahansa jäähdytysjärjestelmä vaatii vähintään neljä osaa:

• Kompressori: on laite, joka vastaa kylmäaineen paineen nostamisesta sen haihtumisen jälkeen. Ihanteellisissa olosuhteissa puristusprosessi on vakioentropiassa, vaikka käytännössä tapahtuu entropian kasvua.

• Höyrystin: tämä järjestelmä on pohjimmiltaan lämmönvaihdin, jonka läpi kylmäaine kiertää imemään lämpöä ilmastoidusta tilasta ja sen seurauksena seos muuttuu tilaan höyryä.

• Paisuntaventtiili: kutsutaan myös kapillaariputkeksi tai laajennusventtiiliksi. Ihanteellisissa olosuhteissa tämä laite toimii isenthalpic (at entalpia vakio), ja sen tehtävänä on alentaa kylmäaineen painetta sekoitusvyöhykkeellä.

• Lauhdutin: se muodostuu kierukasta, jonka läpi kylmäaine kulkee höyrytilassa paineessa ja lämpötilassa, joka on korkeampi kuin höyrystimen olosuhteet. Kulkiessaan lauhduttimen läpi kylmäaine vapauttaa lämpöä ulkoiseen ympäristöön ja tiivistyy, kunnes se muuttuu nesteeksi. Ihannetapauksessa prosessi tiivistyminen se tapahtuu vakiopaineessa, vaikka todellisuudessa painehäviöt yleensä ilmenevät.

Jääkaapin peruskomponentit

Suorituskykykerroin (COP)

Kuten jo mainittiin, lämmön poistamiseksi tilasta (viileästä) ja kylmäaineen vaihtovaiheiden suorittamiseksi syklisessä prosessissa tarvitaan laitteita, jotka toimivat kuluttavalla tavalla. energiaa (sähköinen tai polttoainetta), ja tämä edustaa kustannuksia, jotka tulisi yrittää minimoida maksimoimalla niiltä odotettavissa oleva toiminto jakson aikana.

Tehojaksoissa lämpö- tai sähkösuorituskyky määräytyy yleensä syklin hyötysuhteesta tai sen komponentit, ja sellaisenaan tämän arvon tulisi aina vaihdella välillä 0 - 1 (prosentteina se olisi välillä 0 - 100 %). Kuitenkin jäähdytyssykleissä yleisin on analysoida sen suorituskyky käyttämällä vertailuparametrina suorituskykykerrointa, joka on lyhennetty sen lyhenteellä englanniksi COP (suorituskykykerroin), jonka arvo on lähes aina suurempi kuin yksikkö, on aina positiivinen ja määräytyy seuraava ilmaisu:

Ihanteellinen höyrypuristusjäähdytyssykli

Jäähdytysjaksojen tehokertoimen maksimoimiseksi on suunniteltu erilaisia ​​menetelmiä, joista useimmat Yksinkertaisin näistä on höyrykompressiojäähdytys, joka muodostuu neljästä tilasta, jotka esitetään seuraavassa kuva):

• Isentrooppinen puristusprosessi kompressorissa (tilat 1-2),

• Jatkuva paineen lämmönpoistoprosessi lauhduttimessa (tilat 2–3),

• isenthalpic paisuntaprosessi paisuntaventtiilissä (tilat 3 - 4),

• Lämmön absorptioprosessi höyrystimessä vakiopaineessa (tilat 4 – 1).

Seuraava kaavio esittää a kaavio lämpötila (T) vs entropia (s), jossa esitetään eri tilat, joiden läpi kylmäaine kulkee sen kulkiessa järjestelmän komponenttien läpi jäähdytyssyklin loppuunsaattamiseksi puristamalla höyryä:

K_L on ilmastoidusta tilasta absorboitunut lämpö, ​​Q_h on lämpö hylätty ulos ja W_comp edustaa kompressorin työtä.

Kuten kuvattiin, jäähdytyssyklien käyttöneste on kylmäaine, ja niitä on markkinoilla laaja valikoima. Kylmäaineet ovat kehittyneet, ja tällä hetkellä suuntaus on valita vähemmän saastuttavia, myrkyttömiä ja asennettavassa järjestelmässä vaadittavat ominaisuudet.

Jotkut yleisimmin käytetyistä kylmäainetyypeistä

Tämä kylmäaineryhmä muodostaa 90 % Yhdysvalloissa käytetyistä kylmäaineista.