מהו מחזור הקירור וכיצד הוא מוגדר?

אוולין מייטי מרין
מהנדס תעשיה, MSc בפיזיקה, ו-EDD

מחזור קירור מתייחס לתהליך התרמודינמי החוזר על עצמו שבו חומר המשמש כחומר קירור הוא משנה שלבים דרך מעגל, ותפקידו לספוג חום מחלל שיותנה לשחרור חום בחלל אחר אזור. בניגוד למחזורים תרמודינמיים אחרים כמו חשמל, במערכות המשמשות לקירור, המטרה אינה השגת אנרגיה למכירה או לצריכה, אלא מיזוג תרמי של חלל, למשל, א חֶדֶר.

עם ערכת הפעלה דומה לזו של מחזורי קירור, יש משאבות חום, שלא כמו אוויר מותנים, הם משמשים לחימום חלל, כלומר להפקת חום מהסביבה החיצונית כדי לשחרר אותו בתוך המקום הרצוי. מַצָב.

מנקודת מבט תיאורטית, ניתן ללמוד מחזורי קירור בהתחשב ברכיבים מרכיבים את המערכת וכן את השלבים השונים דרכם עובר נוזל הקירור במצבים השונים. הגרף הבא מציג את סיווג מערכות הקירור:

סוגי מערכות קירור

מרכיבים בסיסיים של מחזור קירור

לפי השני חוֹק של ה תֶרמוֹדִינָמִיקָה, זרימת החום מתרחשת באופן ספונטני תמיד מאזור של יותר טֶמפֶּרָטוּרָה בטמפרטורה נמוכה יותר, וחוץ מזה, נדרש מכשיר או מנגנון כלשהו לביצוע תהליך הקירור. לשם כך, כל מערכת קירור דורשת לפחות ארבעה רכיבים:

• מדחס: הוא מכשיר שאחראי להגברת הלחץ של נוזל הקירור לאחר התאדותו. בתנאים אידיאליים, תהליך הדחיסה נמצא באנטרופיה קבועה, אם כי בפועל מתרחשת עלייה באנטרופיה.

• מאייד: מערכת זו היא בעצם מחליף חום שדרכו מסתובב נוזל הקירור לספוג חום מהחלל המיועד להתניה וכתוצאה מכך, התערובת משתנה למצב של קִיטוֹר.

• שסתום התרחבות: נקרא גם צינור נימי או מרחיב. תחת שיקולים אידיאליים, מכשיר זה פועל איזנטלפי (ב אנטלפיה קבוע), ותפקידו להפחית את לחץ הקירור באזור הערבוב.

• מעבה: הוא נוצר מסליל שדרכו עובר נוזל הקירור במצב אדים, בלחץ ובטמפרטורה גבוהים מהתנאים במאייד. במהלך המעבר דרך המעבה, הקירור משחרר חום לסביבה החיצונית ומתעבה עד שהוא הופך לנוזל. באופן אידיאלי, התהליך של הִתְעַבּוּת זה מתרחש בלחץ קבוע, אם כי במציאות ירידות לחץ מתבטאות בדרך כלל.

רכיבים בסיסיים של מקרר

מקדם ביצועים (COP)

כפי שכבר הוזכר, כדי להפיק חום מחלל (קרר) ולגרום לקירור לשנות שלבים בתהליך מחזורי, נדרשים מכשירים הפועלים בצריכה אֵנֶרְגִיָה (חשמלי או דלק), וזה מייצג עלות, שיש לנסות למזער, תוך מיקסום הפונקציה המצופה מהם בתוך המחזור.

במחזורי חשמל, הביצועים התרמיים או החשמליים נקבעים בדרך כלל מיעילות המחזור או מרכיביו, וככזה, ערך זה צריך תמיד לנוע בין 0 ל-1 (במונחי אחוזים, הוא יהיה בין 0 ל-100 %). עם זאת, במחזורי קירור, הנפוץ ביותר הוא לְנַתֵחַ הביצועים שלו תוך שימוש כפרמטר ייחוס במקדם הביצועים, המקוצר בראשי התיבות שלו באנגלית כ-COP (מקדם ביצוע), שערכו כמעט תמיד גדול מאחדות, הוא תמיד חיובי ונקבע מתוך הביטוי הבא:

מחזור קירור דחיסת אדים אידיאלי

במטרה למקסם את מקדם הביצועים של מחזורי הקירור, תוכננו שיטות שונות, הפשוט ביותר שבהם הוא קירור דחיסת אדים, שנוצר על ידי ארבעה מצבים המוצגים בסעיף הבא תמונה):

• תהליך דחיסה איזנטרופי במדחס (מצבים 1 - 2),

• תהליך דחיית חום בלחץ קבוע במעבה (מצבים 2 – 3),

• תהליך התפשטות איזנטלפי בשסתום ההתפשטות (מצבים 3 – 4),

• תהליך ספיגת חום במאייד בלחץ קבוע (מצבים 4 – 1).

הסכימה הבאה מציגה את א תרשים של טמפרטורה (T) לעומת אנטרופיה (ים) כאשר המצבים השונים דרכם עובר הקירור מסומנים במהלך המעבר שלו דרך רכיבי המערכת כדי להשלים את מחזור הקירור על ידי דחיסה של קִיטוֹר:

ש_ל הוא החום שנספג מהחלל המותנה, Q_ח האם החום נדחה כלפי חוץ ו-W_comp מייצג את עבודת המדחס.

כפי שתואר, נוזל העבודה במחזורי הקירור הוא הקירור, ויש מגוון רחב שלהם בשוק. חומרי הקירור התפתחו, וכיום, המגמה היא לבחור באלה שהם פחות מזהמים, לא רעילים ובעלי המאפיינים הנדרשים במערכת להתקנה.

כמה מסוגי הקירור הנפוצים ביותר

קבוצה זו של חומרי קירור מהווה 90% מחומרי הקירור בשימוש בארצות הברית.