Kaj je hladilni cikel in kako je opredeljen?

Evelyn Maitee Marin
Industrijski inženir, magister fizike in EdD

Hladilni cikel se nanaša na ponavljajoč se termodinamični proces, v katerem snov, ki se uporablja kot hladilno sredstvo spreminja faze skozi tokokrog in njegova funkcija je, da absorbira toploto iz prostora, ki ga je treba kondicionirati, da sprosti toploto v drugem regiji. Za razliko od drugih termodinamičnih ciklov, kot je moč, v sistemih, ki se uporabljajo za hlajenje, namen ni pridobivanje energije za prodajo ali porabo, temveč toplotno kondicioniranje prostora, npr soba.

S podobno shemo delovanja kot pri hladilnih ciklih so toplotne črpalke, ki za razliko od zraka Kondicionirani se uporabljajo za ogrevanje prostora, to je za pridobivanje toplote iz zunanjega okolja in njeno sproščanje znotraj želenih prostorov. stanje.

S teoretičnega vidika je mogoče hladilne cikle preučiti ob upoštevanju komponent, ki sestavljajo sistem kot tudi različne stopnje, skozi katere gre hladilno sredstvo v različnih stanjih. Naslednji graf prikazuje razvrstitev hladilnih sistemov:

Vrste hladilnih sistemov

Osnovne komponente hladilnega cikla

Po drugem pravo od Termodinamika, toplotni tok nastane spontano vedno iz območja večjega temperaturo pri nižji temperaturi, sicer pa je za izvedbo postopka hlajenja potrebna kakšna naprava ali mehanizem. Vsak hladilni sistem za to potrebuje vsaj štiri komponente:

• Kompresor: je naprava, odgovorna za povečanje tlaka hladilnega sredstva, ko le-to izhlapi. V idealnih pogojih je proces stiskanja pri konstantni entropiji, čeprav v praksi pride do povečanja entropije.

• Uparjalnik: ta sistem je v bistvu izmenjevalnik toplote, skozi katerega kroži hladilno sredstvo absorbirati toploto iz prostora, ki ga je treba kondicionirati, in posledično se mešanica spremeni v stanje paro.

• Ekspanzijski ventil: imenovan tudi kapilarna cev ali ekspander. V idealnih okoliščinah ta naprava deluje izentalpično (pri entalpija konstanten), njegova funkcija pa je znižanje tlaka hladilnega sredstva v mešalni coni.

• Kondenzator: tvori ga tuljava, skozi katero prehaja hladilno sredstvo v stanju pare, pri tlaku in temperaturi, višji od pogojev v uparjalniku. Med prehodom skozi kondenzator hladilno sredstvo oddaja toploto v zunanje okolje in kondenzira, dokler ne postane tekočina. V idealnem primeru je postopek kondenzacija pojavi se pri konstantnem tlaku, čeprav se v resnici ponavadi manifestirajo padci tlaka.

Osnovni sestavni deli hladilnika

Koeficient učinkovitosti (COP)

Kot že omenjeno, so za pridobivanje toplote iz prostora (hlajenje) in ciklično spreminjanje faz hladilnega sredstva potrebne naprave, ki delujejo s porabo porabe. energija (električni oz goriva), in to predstavlja strošek, ki ga je treba poskušati čim bolj zmanjšati, s čimer povečajo funkcijo, ki se od njih pričakuje v ciklu.

Pri močnostnih ciklih se toplotna ali električna zmogljivost običajno določi iz učinkovitosti cikla oz njegove komponente, zato bi morala biti ta vrednost vedno v razponu med 0 in 1 (v odstotkih bi bila med 0 in 100 %). Vendar pa je v hladilnih ciklih najpogostejši analizirati svojo zmogljivost z uporabo kot referenčnega parametra koeficienta učinkovitosti, okrajšanega z akronimom v angleščini kot COP (koeficient učinkovitosti), katerega vrednost je skoraj vedno večja od enote, je vedno pozitiven in se določi iz naslednji izraz:

Idealen hladilni cikel s kompresijo pare

Z namenom maksimiziranja koeficienta učinkovitosti hladilnih ciklov so bile oblikovane različne metode, najbolj Najenostavnejši med njimi je parno kompresijsko hlajenje, ki ga tvorijo štiri stanja, ki so prikazana v naslednjem slika):

• izentropski kompresijski proces v kompresorju (stanja 1 – 2),

• Postopek odvajanja toplote s konstantnim tlakom v kondenzatorju (stanja 2 – 3),

• Izentalpični ekspanzijski proces v ekspanzijskem ventilu (stanje 3 – 4),

• Postopek absorpcije toplote v uparjalniku pri konstantnem tlaku (stanja 4 – 1).

Naslednja shema prikazuje a diagram temperature (T) proti entropiji (s), kjer so navedena različna stanja, skozi katera prehaja hladilno sredstvo med njegovim prehodom skozi komponente sistema za dokončanje hladilnega cikla s stiskanjem para:

Q_L toplota, absorbirana iz kondicioniranega prostora, Q_h je toplota odvedena navzven in W_komp predstavlja delo kompresorja.

Kot je opisano, je delovna tekočina v hladilnih ciklih hladilno sredstvo, ki jih je na trgu veliko. Hladilna sredstva so se razvila in trenutno je trend, da se odločamo za tista, ki manj onesnažujejo okolje, niso strupena in imajo lastnosti, zahtevane v sistemu, ki ga je treba namestiti.

Nekatere najpogosteje uporabljene vrste hladilnih sredstev

Ta skupina hladilnih sredstev predstavlja 90 % hladilnih sredstev, ki se uporabljajo v ZDA.