Що таке холодильний цикл і як він визначається?

Евелін Мейті Марін
Промисловий інженер, магістр фізики та освіта

Цикл охолодження відноситься до повторюваного термодинамічного процесу, в якому речовина використовується як холодоагент він змінює фази в ланцюзі, і його функція полягає в поглинанні тепла з простору, який потрібно кондиціонувати для виділення тепла в іншому область. На відміну від інших термодинамічних циклів, таких як енергетичні, в системах, що використовуються для охолодження, мета не є отримання енергії для продажу або споживання, а скоріше теплового кондиціювання простору, наприклад, a кімната.

Зі схемою роботи, подібною до холодильних циклів, існують теплові насоси, які на відміну від повітряних Кондиціоновані вони використовуються для обігріву приміщення, тобто для відбору тепла із зовнішнього середовища для виділення його всередину потрібних приміщень. хвороба.

З теоретичної точки зору холодильні цикли можна вивчати з урахуванням компонентів, які складають систему, а також різні етапи, через які проходить холодоагент у різних станах. На наступному графіку показано класифікацію систем охолодження:

Типи холодильних систем

Основні компоненти холодильного циклу

Відповідно до другого закон з Термодинамікатепловий потік завжди виникає спонтанно з області більшої температура при нижчій температурі, інакше для здійснення процесу охолодження потрібен якийсь пристрій або механізм. Для цього будь-яка холодильна система потребує щонайменше чотирьох компонентів:

• Компресор: це пристрій, який відповідає за підвищення тиску холодоагенту після його випаровування. В ідеальних умовах процес стиснення відбувається при постійній ентропії, хоча на практиці відбувається збільшення ентропії.

• Випарник: ця система в основному є теплообмінником, через який циркулює холодоагент поглинати тепло з простору, що кондиціонується, і, як наслідок, суміш переходить у стан пар.

• Розширювальний клапан: також називається капілярною трубкою або розширювачем. В ідеальних міркуваннях цей пристрій працює ізентальпійно (при ентальпія постійний), і його функція полягає в зниженні тиску холодоагенту в зоні змішування.

• Конденсатор: утворений змійовиком, через який холодоагент проходить у пароподібному стані під тиском і температурою, вищими за умови у випарнику. Під час проходження через конденсатор холодоагент віддає тепло зовнішньому середовищу і конденсується, поки не стане рідиною. В ідеалі процес о конденсація воно відбувається при постійному тиску, хоча насправді зазвичай проявляються перепади тиску.

Основні складові холодильника

Коефіцієнт ефективності (COP)

Як уже згадувалося, щоб відібрати тепло з приміщення (охолодити) і змусити холодоагент змінювати фази в циклічному процесі, потрібні пристрої, які працюють споживаючи енергії (електричний або пальне), і це являє собою вартість, яку слід намагатися мінімізувати, максимізуючи функцію, яка очікується від них у межах циклу.

У енергетичних циклах теплова або електрична продуктивність зазвичай визначається ККД циклу або його компоненти, і тому це значення завжди має бути в діапазоні від 0 до 1 (у відсотковому вираженні це буде від 0 до 100 %). Однак у холодильних циклах найбільш поширеним є аналізувати його продуктивність, використовуючи як еталонний параметр коефіцієнт продуктивності, скорочено його абревіатурою англійською мовою як COP (коефіцієнт ефективності), значення якого майже завжди більше одиниці, завжди додатне і визначається з наступний вираз:

Ідеальний компресійний холодильний цикл

З метою максимізації коефіцієнта продуктивності циклів охолодження були розроблені різні методи, найбільш Найпростішим з них є парокомпресійне охолодження, яке складається з чотирьох станів, які показано на наступному зображення):

• Ізентропічний процес стиснення в компресорі (стани 1 – 2),

• Процес відведення тепла постійного тиску в конденсаторі (стани 2 – 3),

• Ізентальпічний процес розширення в розширювальному клапані (стани 3 – 4),

• Процес поглинання тепла у випарнику при постійному тиску (стани 4 – 1).

Наступна схема показує a діаграма температури (T) проти ентропії (s), де вказано різні стани, через які проходить холодоагент під час його проходження через компоненти системи для завершення циклу охолодження шляхом стиснення пара:

Q_Л теплота, що поглинається з кондиціонованого простору, Q_ч тепло, що відводиться назовні, і W_комп відображає роботу компресора.

Як описано, робочою рідиною в холодильних циклах є холодоагент, і на ринку існує велика їх різноманітність. Холодоагенти еволюціонували, і зараз тенденція полягає в тому, щоб вибирати ті, які є менш забруднювальними, нетоксичними та мають характеристики, необхідні для встановлення в системі.

Деякі з найбільш часто використовуваних типів холодоагентів

Ця група холодоагентів становить 90% холодоагентів, що використовуються в Сполучених Штатах.