วัฏจักรการทำความเย็นคืออะไร และกำหนดได้อย่างไร
การยับยั้ง ทฤษฎีสตริง / / April 02, 2023
วิศวกรอุตสาหการ, ปริญญาโทสาขาฟิสิกส์ และ กศ.ด
วัฏจักรการทำความเย็นหมายถึงกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ซ้ำๆ ซึ่งสารที่ใช้เป็นสารทำความเย็น มันเปลี่ยนเฟสผ่านวงจรและหน้าที่ของมันคือการดูดซับความร้อนจากช่องว่างเพื่อปรับสภาพเพื่อคลายความร้อนในอีกอันหนึ่ง ภูมิภาค. ซึ่งแตกต่างจากวัฏจักรอุณหพลศาสตร์อื่นๆ เช่น พลังงาน ในระบบที่ใช้สำหรับการทำความเย็น จุดประสงค์นั้นไม่ได้เป็นเช่นนั้น การได้รับพลังงานเพื่อขายหรือการบริโภค แต่เป็นการปรับอุณหภูมิของพื้นที่ ตัวอย่างเช่น ก ห้อง.
ด้วยรูปแบบการทำงานที่คล้ายกับวัฏจักรการทำความเย็น มีปั๊มความร้อนซึ่งไม่เหมือนกับอากาศ ปรับอากาศ พวกมันถูกใช้เพื่อให้ความร้อนแก่พื้นที่ นั่นคือเพื่อดึงความร้อนจากสภาพแวดล้อมภายนอกเพื่อปล่อยความร้อนภายในสถานที่ที่ต้องการ เงื่อนไข.
จากมุมมองทางทฤษฎี วัฏจักรการทำความเย็นสามารถศึกษาได้โดยพิจารณาจากส่วนประกอบที่ สร้างระบบรวมถึงขั้นตอนต่างๆ ที่สารทำความเย็นผ่านในสถานะต่างๆ กราฟต่อไปนี้แสดงการจำแนกประเภทของระบบทำความเย็น:
ประเภทของระบบทำความเย็น
ส่วนประกอบพื้นฐานของวงจรทำความเย็น
ตามข้อสอง กฎ ของ เทอร์โมไดนามิกส์การไหลของความร้อนเกิดขึ้นเองโดยธรรมชาติเสมอจากบริเวณที่ใหญ่กว่า
อุณหภูมิ ที่อุณหภูมิต่ำกว่า และอื่น ๆ จำเป็นต้องมีอุปกรณ์หรือกลไกบางอย่างในการดำเนินกระบวนการทำความเย็น ในการทำเช่นนี้ ระบบทำความเย็นใด ๆ จำเป็นต้องมีส่วนประกอบอย่างน้อยสี่อย่าง:• คอมเพรสเซอร์: เป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่เพิ่มความดันของสารทำความเย็นเมื่อสารทำความเย็นระเหยไปแล้ว ภายใต้สภาวะที่เหมาะสม กระบวนการบีบอัดจะอยู่ที่ค่าเอนโทรปีคงที่ แม้ว่าในทางปฏิบัติจะมีค่าเอนโทรปีเพิ่มขึ้นก็ตาม
• Evaporator: ระบบนี้โดยพื้นฐานแล้วเป็นตัวแลกเปลี่ยนความร้อนที่สารทำความเย็นไหลเวียน เพื่อดูดซับความร้อนจากช่องว่างที่จะปรับสภาพและเป็นผลให้ส่วนผสมเปลี่ยนสถานะเป็น ไอน้ำ.
• วาล์วขยายตัว: เรียกอีกอย่างว่าท่อฝอยหรือตัวขยาย ภายใต้การพิจารณาที่เหมาะสม อุปกรณ์นี้ใช้งาน isenthalpic (ที่ เอนทัลปี ค่าคงที่) และมีหน้าที่ลดแรงดันสารทำความเย็นในเขตผสม
• คอนเดนเซอร์: เกิดจากขดลวดที่สารทำความเย็นผ่านในสถานะไอที่ความดันและอุณหภูมิที่สูงกว่าสภาวะในเครื่องระเหย ระหว่างทางผ่านคอนเดนเซอร์ สารทำความเย็นจะปล่อยความร้อนออกสู่สิ่งแวดล้อมภายนอกและควบแน่นจนกลายเป็นของเหลว เป็นการดีที่กระบวนการของ การควบแน่น มันเกิดขึ้นที่ความดันคงที่ แม้ว่าในความเป็นจริงความดันลดลงมักจะแสดงออกมา
ส่วนประกอบพื้นฐานของตู้เย็น
ค่าสัมประสิทธิ์การปฏิบัติงาน (COP)
ดังที่กล่าวไปแล้ว ในการดึงความร้อนออกจากพื้นที่ (เย็น) และทำให้สารทำความเย็นเปลี่ยนเฟสในกระบวนการเป็นวัฏจักร จำเป็นต้องมีอุปกรณ์ที่ทำงานโดยสิ้นเปลือง พลังงาน (ไฟฟ้าหรือ เชื้อเพลิง) และนี่แสดงถึงต้นทุนซึ่งควรพยายามลดให้เหลือน้อยที่สุด โดยเพิ่มฟังก์ชันที่คาดว่าจะได้รับภายในวงจรให้สูงสุด
ในวงจรไฟฟ้า ประสิทธิภาพความร้อนหรือไฟฟ้ามักจะถูกกำหนดจากประสิทธิภาพของวงจรหรือ ส่วนประกอบ ดังนั้นค่านี้ควรอยู่ระหว่าง 0 ถึง 1 เสมอ (ในรูปเปอร์เซ็นต์ ค่านี้จะอยู่ระหว่าง 0 ถึง 100 %). อย่างไรก็ตาม ในรอบการทำความเย็น สิ่งที่พบมากที่สุดคือ วิเคราะห์ ประสิทธิภาพของมันโดยใช้เป็นพารามิเตอร์อ้างอิง ค่าสัมประสิทธิ์ของประสิทธิภาพ ย่อด้วยตัวย่อในภาษาอังกฤษว่า COP (ค่าสัมประสิทธิ์ของประสิทธิภาพ) ซึ่งมีค่ามากกว่าความสามัคคีเสมอ เป็นบวกเสมอ และพิจารณาจาก นิพจน์ต่อไปนี้:
วงจรทำความเย็นแบบอัดไอในอุดมคติ
ด้วยจุดประสงค์ในการเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพสูงสุดของรอบการทำความเย็น จึงได้มีการออกแบบวิธีการต่างๆ มากที่สุด วิธีที่ง่ายที่สุดคือการทำความเย็นแบบอัดไอ ซึ่งเกิดจากสี่สถานะดังที่แสดงในหัวข้อถัดไป ภาพ):
• กระบวนการบีบอัดแบบไอเซนโทรปิกในคอมเพรสเซอร์ (สถานะ 1 – 2)
• กระบวนการปฏิเสธความร้อนด้วยแรงดันคงที่ในคอนเดนเซอร์ (สถานะ 2 – 3)
• กระบวนการขยายตัวของไอเซนทาลปิกในวาล์วขยายตัว (สถานะ 3 – 4)
• กระบวนการดูดซับความร้อนในเครื่องระเหยที่ความดันคงที่ (สถานะ 4 – 1)
แผนผังต่อไปนี้แสดง แผนภาพ ของอุณหภูมิ (T) เทียบกับเอนโทรปี (s) โดยระบุสถานะต่างๆ ที่สารทำความเย็นผ่าน ระหว่างทางผ่านส่วนประกอบของระบบเพื่อทำให้วงจรการทำความเย็นสมบูรณ์โดยการบีบอัดของ ไอน้ำ:
ถามแอล คือความร้อนที่ดูดกลืนจากพื้นที่ปรับอากาศ Qชม. คือความร้อนที่ปฏิเสธออกสู่ภายนอกและวคอมพ์ แสดงถึงการทำงานของคอมเพรสเซอร์
ตามที่อธิบายไว้ สารหล่อเย็นที่ใช้ในวงจรการทำความเย็นคือสารทำความเย็น และมีอยู่หลากหลายประเภทในท้องตลาด สารทำความเย็นมีการพัฒนา และในปัจจุบัน แนวโน้มคือการเลือกใช้สารทำความเย็นที่ไม่ก่อให้เกิดมลพิษน้อย ปลอดสารพิษ และมีคุณสมบัติที่จำเป็นในระบบที่จะติดตั้ง
สารทำความเย็นบางประเภทที่ใช้บ่อยที่สุด
สารทำความเย็นกลุ่มนี้คิดเป็น 90% ของสารทำความเย็นที่ใช้ในสหรัฐอเมริกา