Mi az a hűtési ciklus, és hogyan definiálható?

Evelyn Maitee Marin
ipari mérnök, MSc fizika és EdD

A hűtési ciklus az ismétlődő termodinamikai folyamatra utal, amelyben egy anyagot hűtőközegként használnak egy áramkörön keresztül váltja a fázisokat, és az a feladata, hogy hőt vegyen fel egy kondicionálandó térből, hogy egy másikban hőt adjon ki vidék. Ellentétben más termodinamikai ciklusokkal, mint például az energia, a hűtésre használt rendszerekben a cél nem az energia beszerzése eladásra vagy fogyasztásra, hanem inkább egy tér termikus kondicionálása, például a szoba.

A hűtési ciklusokhoz hasonló működési sémával vannak hőszivattyúk, amelyek a levegővel ellentétben Kondicionált, egy tér felfűtésére szolgálnak, azaz hőt vonnak ki a külső környezetből, hogy azt a kívánt helyiségbe engedjék. feltétel.

Elméleti szempontból a hűtési ciklusok vizsgálhatók azon komponensek figyelembevételével, amelyek alkotják a rendszert, valamint azokat a különböző szakaszokat, amelyeken a hűtőközeg különböző állapotokban megy keresztül. Az alábbi grafikon a hűtőrendszerek osztályozását mutatja:

A hűtőrendszerek típusai

A hűtési ciklus alapvető összetevői

A második szerint törvény a Termodinamika, a hőáramlás spontán módon történik mindig egy nagyobb tartományból hőfok alacsonyabb hőmérsékleten, és egyébként valamilyen eszköz vagy mechanizmus szükséges a hűtési folyamat végrehajtásához. Ehhez minden hűtőrendszernek legalább négy összetevőre van szüksége:

• Kompresszor: a hűtőközeg elpárolgása utáni nyomásának növeléséért felelős eszköz. Ideális körülmények között a tömörítési folyamat állandó entrópiájú, bár a gyakorlatban az entrópia növekedése következik be.

• Elpárologtató: ez a rendszer alapvetően egy hőcserélő, amelyen keresztül a hűtőközeg kering hogy elnyelje a hőt a kondicionálandó térből, és ennek következtében a keverék állapota megváltozik gőz.

• Expanziós szelep: más néven kapilláriscső vagy expander. Ideális megfontolások mellett ez a készülék izentalpikusan (at entalpia állandó), feladata pedig a hűtőközeg nyomásának csökkentése a keverési zónában.

• Kondenzátor: egy tekercsből áll, amelyen a hűtőközeg gőz állapotban, az elpárologtatóban uralkodó körülményeknél magasabb nyomáson és hőmérsékleten halad át. A kondenzátoron való áthaladás során a hűtőközeg hőt bocsát ki a külső környezetbe, és addig kondenzál, amíg folyadékká nem válik. Ideális esetben a folyamat páralecsapódás állandó nyomáson fordul elő, bár a valóságban általában nyomásesések nyilvánulnak meg.

A hűtőszekrény alapelemei

Teljesítmény együttható (COP)

Mint már említettük, a térből való hő (hűtés) elvonásához és a hűtőközeg-csere fázisok ciklikus folyamatba történő lebonyolításához olyan eszközökre van szükség, amelyek fogyasztást emésztenek fel. energia (elektromos ill üzemanyag), és ez költséget jelent, amelyet meg kell próbálni minimalizálni, maximalizálni a cikluson belül tőlük elvárt funkciót.

A teljesítményciklusokban a termikus vagy elektromos teljesítményt általában a ciklus hatásfokából, ill összetevői, és mint ilyen, ennek az értéknek mindig 0 és 1 között kell lennie (százalékban 0 és 100 között lenne %). A hűtési ciklusokban azonban a leggyakoribb az elemezni teljesítményét referenciaparaméterként a teljesítménytényezőt használva, amelynek rövidítése angolul COP. (teljesítményi együttható), amelynek értéke szinte mindig nagyobb, mint az egység, mindig pozitív, és a következő kifejezés:

Ideális gőzkompressziós hűtési ciklus

A hűtési ciklusok teljesítménytényezőjének maximalizálása érdekében különböző módszereket dolgoztak ki, a legtöbb Ezek közül a legegyszerűbb a gőzkompressziós hűtés, amelyet négy állapot alkot, amelyeket a következőben mutatunk be. kép):

• izentropikus tömörítési folyamat a kompresszorban (1-2 állapotok),

• Állandó nyomású hőelvezetési folyamat a kondenzátorban (2-3 állapot),

• izentalpikus expanziós folyamat a tágulási szelepben (3-4 állapotok),

• Hőelnyelési folyamat az elpárologtatóban állandó nyomáson (4 – 1 állapot).

Az alábbi vázlat a diagram hőmérséklet (T) vs entrópia (s), ahol a különböző állapotok vannak feltüntetve, amelyeken a hűtőközeg áthalad a rendszerelemeken való áthaladás során, hogy a hűtési ciklus összenyomásával befejeződjön gőz:

K_L a kondicionált térből elnyelt hő, Q_h a hőt kifelé taszítják és W_comp a kompresszor munkáját reprezentálja.

Amint azt leírtuk, a hűtési ciklusokban a munkaközeg a hűtőközeg, és ezek széles választéka található a piacon. A hűtőközegek fejlődtek, és jelenleg az a tendencia, hogy olyanokat választanak, amelyek kevésbé szennyezőek, nem mérgezőek és rendelkeznek a beépítendő rendszerben megkövetelt jellemzőkkel.

Néhány a leggyakrabban használt hűtőközeg típusok közül

Ez a hűtőközeg-csoport az Egyesült Államokban használt hűtőközegek 90%-át teszi ki.