Kjølekrets - Det grunnleggende

Kjølekrets - Det grunnleggende

Grunnleggende informasjon om driften av kjølekretsen, komponentene som brukes og de involverte delene

Velkommen til denne guiden laget av Itiefe "Utforske den kontrollerte kulden - guide til det grunnleggende om kjølekretsen". I en verden hvor temperaturkontroll er avgjørende for et bredt spekter av bruksområder, vil denne guiden ta deg med på en fascinerende reise inn i hjertet av kjølekretser, og avsløre hemmelighetene bak funksjonen til disse systemene som lar oss generere og opprettholde kulde.

Kjølemiddelkretser er til stede i mange aspekter av vårt daglige liv, fra hjem til industrianlegg, fra supermarkeder til vitenskapelige laboratorier. Men hva skjer egentlig inne i disse kretsene som lar oss avkjøle og holde ting ved kontrollerte temperaturer? I denne veiledningen vil vi utforske det grunnleggende grunnlaget for kjølemiddelkretser, og avmystifisere nøkkelkonseptene som gjør dem mulige.

Gjennom en tydelig og tilgjengelig tilnærming vil vi guide deg gjennom de termodynamiske prinsippene som ligger til grunn for driften av en kjølekrets. Du vil lære hvordan kjølevæsken, utsatt for variasjoner i trykk og temperatur, kan overføre varme fra ett miljø til et annet, slik at temperaturer kan nås lavere enn omgivelsene. Gjennom diagrammer, detaljerte forklaringer og praktiske eksempler tar vi deg gjennom trinnene som utgjør en kjølesyklus.

Kjølekrets - Det grunnleggende

Denne veiledningen krever ikke avansert kunnskap om termodynamikk eller ingeniørfag. Den er beregnet på de som ønsker å ha en grunnleggende forståelse av hvordan kjølekretser fungerer og hvordan de brukes i en rekke sammenhenger. Enten du er student, tekniker eller bare nysgjerrig på å lære noe nytt, håper vi denne veiledningen vil kaste lys over den komplekse, men fascinerende verden av kjølemiddelkretser.

Vi inviterer deg til å bli med oss ​​på denne reisen gjennom kontrollert kulde, hvor termodynamikkens lover oversettes til teknologier som påvirker vår komfort, vår helse og produksjonen av essensielle varer. Måtte denne guiden være ditt kompass når du utforsker mekanismene som lar oss mestre kulden og bruke den til vår fordel.

KJØLEMIDDELKRETSEN

Det finnes ingen maskiner som er i stand til å produsere kulde, men det finnes maskiner som er i stand til å trekke varme fra væsker eller kropper (luft, vann, metaller osv.).

Disse maskinene kalles generelt: "kjøleskap".

De er delt inn i kategorier basert på deres type og bruk og kalles husholdningskjøleskap og frysere (temperaturer +4 -20 ° C), industrielle og laboratoriekjøleskap (temperaturer opptil -140 ° C) avfuktere, klimaanlegg og vannkjølere størrelse og potensial.

La oss analysere disse maskinene (i dette tilfellet tar vi hensyn til den lille husholdningskjøling, selv om basene er de samme for alle kategorier).

Kjølekrets - Det grunnleggende

KJØLESKAPET: STANDARD DAMPKOMPRESSJONSSYKLUS

Varme er kjent for å overføre fra områder med høyere temperatur til områder med lavere temperatur. Denne varmeoverføringsprosessen skjer spontant i naturen, uten at det kreves inngrep fra noen maskin. Omvendt prosess, derimot, dvs. overføring av varme fra områder med lavere temperatur til områder med høyere temperatur, skjer ikke spontant og krever bruk av spesielle maskiner som kalles kjølemaskiner.

Figur 1 viser systemdiagrammet over en standard dampkompresjonskjølekrets.

Kjølekretstransformasjoner

Transformasjonene som utføres av kjølemediet inne i kjøleenheten kan spores tilbake til indikasjonene på "Carnot -syklusen" som vi henviser forklaringen til andre steder:

1_2 – Den mettede lavtrykksdampen suges inn av kompressoren og gjennomgår reversibel adiabatisk kompresjon (isoentropisk kompresjon). Kompressoren komprimerer dampen, øker trykket og temperaturen og skyver den inn i kondensatoren.

2_3 – Varmen Q2, kondensasjonsvarme, overføres til den ytre luften eller til andre væsker, i en kondensasjonsprosess ved konstant trykk, og transformerer dampen til en væske. Veksleren som utfører transformasjonen kalles en kondensator. En væske kommer ut av kondensatoren i form av en mettet væske.

3_4 – Det er passasje gjennom ekspansjonsventilen (lamineringsventilen), der væsken går fra det høyere trykket til det lavere trykket og forårsaker ekspansjonsfenomenet. Det er med denne tilstandsendringen at varme fjernes fra miljøet eller væsken. Væsken, etter ekspansjonsventilen, blir ikke lenger komprimert og går tilbake til damptilstand.

4_1 – Varmen Q1 (varmen fjernet fra miljøet eller væsken som er involvert) mottas av kjølesystemet ved en lavere temperatur i en fordampningsprosess ved konstant trykk gjennom en varmeveksler kalt fordamper, på denne måten lukkes syklusen og kjølemediet og klar til å utføre en ny kjølesyklus.

 

COP KJØLEMASKINER

For kjølemaskiner er det mulig å definere en effektivitetsindikator: ytelseskoeffisienten (POLITIMANN_F):

COP_F = resultateffekt / nødvendig utgift = 1. kvartal / L._c

der den nyttige effekten er varmen som trekkes fra ved lav temperatur for å opprettholde et kaldt miljø, mens den nødvendige utgiften representeres av kompresjonsarbeidet.

COP_F og omvendt proporsjonal med driftskostnadene for anlegget: jo høyere kompresjonsarbeid, jo lavere ytelseskoeffisient.

UNDERKJØLING OG OVERVARMING

I vanlig praksis utføres det i standard dampkompresjonssykluser en underkjøling av væsken før ekspansjonen (laminering) utføres. På denne måten er det sikkert å mate lamineringselementet med væske og ikke med damp (noe som vil få enheten til å fungere dårlig). Overopphetingen gjøres for å være sikker på å mate kompressoren med damp og for å unngå at væsken inneholder spor av væske. Faktisk kan det skje i dette tilfellet at kompressoren komprimerer litt væske og får den til å gå i stykker. Det er derfor foretrukket at væsken blir litt overopphetet ved kompressorinnløpet. Denne operasjonen utføres alltid i kjølesyklusen uavhengig av om det er en økning eller reduksjon i COP; på denne måten kan du være sikker på at kompressoren (veldig dyrt orgel) fungerer bra og lenge.

OPPFØRSELSKEMATISERING

Figuren viser et diagram over en generisk kjølekrets: det kan sees hvordan luften i kontakt med fordamperen B frigjør varme Q1 som kommer fra miljøet E, mens annen ekstern luft er varmere (men alltid ved en lavere temperatur enn kondensasjonstemperaturen ) den varmes opp og passerer gjennom kondensatoren C og sendes deretter utenfor (varme Q2). Kretsen fullføres av rullelementet D.

 

KOMPONENTER I KJØLEMIDDELKRETSEN

KOMPRESSOREN

Kompressoren er "hjertet" i kjølekretsen. Det er drivkraften til kjølesystemet fordi det gir arbeidet som er nødvendig for å utføre den termodynamiske syklusen. Dens funksjon er å bringe fordampet kjølemiddelvæske fra fordampertrykket (lavt trykk) til kondensatortrykket (høytrykk) som tilsvarer en kondensasjonstemperatur som er kompatibel med temperaturen til det eksterne kjølevæsken (luft eller vann).

Typer kjølekompressorer

alternativ	hermetisk
	semi-hermetisk
	åpen
roterende	skru
	enkelt skrue
	dobbel skrue
	spiral (rull)
	palett (skyvevinge)
	svingstempel

Det finnes forskjellige typer kompressorer som kan klassifiseres etter kompresjonstype og konstruksjonstype:

- dynamikk der kompresjon oppnås ved å variere strømningsforholdene til væsken med energiomdannelse

- volumetrisk hvor kompresjonen oppnås ved mekanisk reduksjon av volumet som tilbys til væsken i en kapsel med variabel geometri; de er delt inn i:

Gjensidige volumetriske kompressorer

Den frem- og tilbakegående kompressoren består hovedsakelig av en sylinder inne i hvilken et stempel går, med frem- og tilbakegående bevegelse. Sylinderen er lukket i den øvre delen av en plate hvor to åpninger utstyrt med ventiler er oppnådd. De gjør at sylinderen kan kobles alternativt, via sugekanalen, til fordamperen og via leveringskanalen til kondensatoren. Ved hjelp av en koblingsstang og veivmekanisme er stemplet forbundet med veivakselen som har funksjonen til på en alternativ måte å transformere rotasjonsbevegelsen til motoren den er koblet til (vanligvis en elektrisk motor).

Diagram over sylinderstempelventilsystemet

Under inntaksfasen beveger stemplet seg nedover, inntaksventilene åpner og setter sylinderkammeret i forbindelse med lavtrykksområdet i kretsen. Når det nyttige volumet er nådd, det som oppstår ved nedre dødpunkt (PMI), begynner stemplet å redusere volumet i sylinderkammeret og å komprimere væsken. Inntaksventilene lukkes, mens leveringsventilene bare åpnes når trykket inne i sylinderen er lik det som finnes i den øvre delen av kretsen. Kompresjonsforholdet (og symbolet ρ er angitt) er forholdet mellom kondensasjonstrykket og fordampningstrykket.

Stempelkompressorene kan igjen klassifiseres i henhold til konstruksjonsmetoden i:

 

Rotary Scroll Compressors

I rullekompressorer, også kalt "kretsende spiral", skjer gasskomprimeringen takket være den kombinerte virkningen av to uvoluterte spiraler koblet sammen. Den første spiralen forblir fast mens den andre utfører en orbital bevegelse (ikke en rotasjon), takket være denne konfigurasjonen dannes det gasslommer mellom spolene som beveger seg innover, krymper og komprimerer. Komprimeringen som oppnås er ekstremt jevn, og unngår dermed de klassiske "pulsasjonene" som er karakteristiske for stempelkompressorer.

To roterende kompressorer

De vanligste problemene knyttet til roterende scrollkompressorer dreier seg om riktig smøring ved start med fare for beslaglegging, tilstedeværelse av store mengder olje i kretsen med relativt hyppige gjenvinningssykluser og til slutt tap av effektivitet ved dellast på grunn av kapasitetsbegrensning kl. lave frekvenser. For å løse disse problemene ble det designet en ny Twin Rotary-kompressor, der det er to skovler.

Takket være deres motfaserotasjon garanterer de motsatte sentrifugalkreftene som virker på rotasjonsakselen større stabilitet ved lave turtall. "Dobbelrotoren" gir større jevnhet i rotasjonen under kompresjonsoperasjoner og en reduksjon i friksjon sammenlignet med klassiske roterende maskiner. Vingene er fullstendig nedsenket i oljen, noe som reduserer støyen som produseres og vibrasjonene som overføres til kjølekretsen betraktelig, og opprettholder alltid utmerket smøring. Hvis du ikke har en depressiv fase for å gjenkalle smøremiddelet, er mengden olje som introduseres i kjølekretsen mye lavere enn med Scroll-kompressoren.

Spesielt:

1 = sug

2 = komprimering

3 = avløp

ELEKTRISKE DELER KOMPRESSORER

Konformasjonene til de elektriske delene i kjølekompressorene tilpasset hvert enkelt behov i henhold til de forskjellige typene tilkoblingsdiagrammer for de elektriske forsyningene er beskrevet ved å gå til lenken nedenfor. De forskjellige elektriske komponentene som er nødvendige for å starte og kjøre kompressoren er beskrevet og er i hovedsak: reléer, termiske beskyttere (clicson), elektrolytiske kondensatorer, etc.

Se: "Kompressor elektriske del diagrammer"

 

VARMEUTVEKSLERENE

Varmevekslere (i dette tilfellet kondensatorer og fordampere) er enheter som tillater utveksling av varme mellom to væsker ved forskjellige temperaturer. I varmevekslere blandes ikke de to væskene med hverandre: varmen utveksles ved konveksjon i begge væsker og ved ledning gjennom separasjonsmediet mellom dem.

Kondensatoren

Kondensatoren i kjølemediekretsen utfører funksjonen til å spre varmen som absorberes av kjølemediet gjennom en væske som kan være vann eller luft. På grunn av kompresjonen gitt av kompressoren, når væsken kondensatoren under overopphetede dampforhold hvor den avkjøles og kondenserer, og overfører varmen til kjølevæsken, hvoretter den forlater kondensatoren i væskeforhold.

Kjølemiddel kommer inn i kondensatoren i en overopphetet tilstand. Etter en kort strekning når kuldemediet metningsforhold og herfra starter strekningen som påvirkes av faseendringen, som vanligvis opptar en stor del av veksleren. Selv om i faseendring er det et fall i temperaturen på grunn av trykkfallet som kjølemediet lider. Når det er fullstendig kondensert, underkjøles det flytende kjølemediet til det kommer ut av kondensatoren. Varmeoverføringsvæsken som absorberer kondensasjonsvarmen er vanligvis enfaset og derfor øker temperaturen underveis inne i veksleren. Klassifiseringen av kondensatorene gjøres vanligvis på grunnlag av varmeoverføringsvæsken som brukes:

Fordamperen

Fordamperen utfører funksjonen til å fjerne uønsket varme fra væsken som skal behandles (luft eller vann) for å overføre den til kretsen. Kjølemediet kommer inn i fordamperen med en titer på ca. 10%, på grunn av trykkfallet under faseendringen reduserer kjølemediet temperaturen selv om det absorberer varme til det når tørre, mettede dampforhold. Kjølemediet blir overopphetet til det går ut av fordamperen, for å suges inn igjen av kompressoren. Det er ventilerte fordampere som øker effektiviteten ved hjelp av en vifte og statiske fordampere som ikke tyr til denne enheten. Statiske fordampere gir flere fordeler i nedkjølte celler som brukes til matvarer, da de fjerner mindre fuktighet fra miljøet enn ventilerte.

 

TERMISK VÆSKE

Varmeoverføringsvæsken som frigjør fordampningsvarmen er vanligvis enfaset (vanligvis luft eller vann) og derfor synker temperaturen underveis inne i veksleren. Når det gjelder luft, noen ganger presset av en vifte, berører den fordamperrørene og gir varme til kjølemediet (latent fordampningsvarme), slik at det fordamper. Når kjølemediet fordamper, absorberer det varme fra omgivelsene. Luften avkjøles og sendes deretter tilbake til rommet. For å lette fordampningen av kjølemediet brukes kobberrør med høy termisk konduktivitetskoeffisient. Kobberrørene settes inn i en serie tynne finner som øker overflaten av kontaktområdet med luften.

KJØLESKAPENE

Kjølevæsker er midler som varmeoverføring finner sted i de ulike delene av kjølekretsen. Det første kjølemediet som ble brukt i dampkompresjonskjølemaskiner var etyleter, valgt og brukt rundt midten av forrige århundre av Perkins og Harrison på grunn av dets brennbarhet og toksisitet og på grunn av den knappe påliteligheten til tetningssystemene over tid, ble bruken forlatt. . I andre halvdel av 800-tallet ble det introdusert andre kjølemidler, som karbondioksid, ammoniakk og metylklorid; bruken av disse kjølemidlene bidro utvilsomt til utviklingen av dampkompresjonskjølemaskiner.

Sikkerhetsproblemet, på grunn av toksisiteten og brennbarheten til nesten alle kjølemediene som er oppført, forble imidlertid til syntetiske kjølemidler som R30, R11, R113, R21 osv. ble introdusert på 22-tallet. oppnådd fra metan og etan ved total eller delvis erstatning av hydrogenatomene med de av klor, fluor og noen ganger brom. Takket være deres utmerkede termofysiske egenskaper og deres stabilitets- og sikkerhetskrav, etablerte klorfluorkarboner (CFC) seg som de dominerende kjølemidlene for å erstatte de tidligere brukte, blant annet var det praktisk talt bare ammoniakk (R717) igjen for industrielle applikasjoner.

Men miljøproblemet, med tanke på ødeleggelse av ozon og global oppvarming på grunn av drivhuseffekten, har delvis av-legitimert rollen som de såkalte CFC-ene har spilt de siste femti årene; derav behovet for å erstatte KFK med andre væsker, noe som har fått den tekniske verden til å se for seg og undersøke de forskjellige mulighetene, men samtidig utgjorde problemet med "Retrofit", det vil si konvertering av alle eksisterende systemer og deres tilpasning til nye kjølemedier.

De nye kjølemediene

Fra slutten av 70 -tallet begynte den kjemiske industrien å jobbe med å identifisere nye stoffer egnet for bruk i kjølesystemer, erstatte CFC og senere også HCFC som skapte mange miljøproblemer, for eksempel reduksjon i stratosfærisk ozon. Stoffene som er identifisert, og som tilhører klassen HFC -hydrofluorkarboner, har blitt evaluert både fra et toksikologisk synspunkt (International PAFT Consortium) og fra et miljømessig synspunkt (AFEAS International Consortium). De nye kjølemediene kjennetegnes av en høy kjemisk stabilitet, noe som gjør dem egnet for bruk i nesten alle driftsforhold som kan oppstå i kjøle- og klimaanlegg. Disse nye væskene er blandinger av forskjellige forbindelser, og avhengig av deres oppførsel er de definert:

- Azeotroper: de er blandinger som ikke endrer verken deres volumetriske sammensetning eller temperaturen på metning under fordampning (fravær av glideffekt); derfor skjer det endringer i staten a konstant trykk og temperatur.

- Nesten azeotroper: de viser en liten variasjon i temperatur under tilstandsovergangen (liten glideffekt), som imidlertid ikke kompromitterer systemets ytelse og drift.

- Zeotroper: de har en markert "glid" -effekt, det vil si at tilstanden passerer ved konstant trykk, men ikke ved konstante temperaturer. Når du designer maskinen, må du ta hensyn til denne særegenheten hvis du har tenkt å bruke en zeotrop væske. Denne blandingen dannes av en mer flyktig og en mindre flyktig del, i tilfelle lekkasjer vil den lettere komponenten lett lekke. På denne måten vil bare den tyngre komponenten forbli i kretsen, ofte med dårlige kjøleegenskaper. Derfor, i tilfelle en feil, må systemet først tømmes helt og blandingen "gjenskapes" ved å fylle på den tapte komponenten, og til slutt, etter å ha reparert lekkasjen, må kretsen fylles på nytt.

De viktigste HFC -kjølemediene:

- R134A

- R407C

- R410A

For mer informasjon, se følgende lenker:

Kjølevæskegass

Kjølemiddelgass -kort

Trykkforhold for kjølemedietemperatur

Typiske bruksområder

Typiske applikasjoner med kjølemedium med indikasjon på væsketype, R-nummer, hvilket produkt det erstatter, sammensetning og produsent.

Se fullversjon "Typiske kjølemediegassapplikasjoner"

LAMINERENDE ORGANEN

Fra et rent termodynamisk synspunkt tjener lamineringselementet til å senke trykket og temperaturen mellom de to varmevekslerne i omvendt dampkompresjonssyklus. I praksis er hovedfunksjonen å regulere strømmen av kjølemiddelvæske fra kondensatoren til fordamperen slik at den alltid står i forhold til den kjølekapasiteten som systemet må garantere. Klassifiseringen mellom de forskjellige rullende elementene er basert på evnen til å tilpasse geometrien til de forskjellige lastforholdene (variasjon av nødvendig kjølekapasitet).

Kapillarrøret

Det er det vanligste lamineringsorganet i små og svært små kjølemaskiner og klimaanlegg. Flytende kjølemiddel tvinges til å passere gjennom dette ekstremt smale røret. Energien som går tapt ved å passere gjennom kapillæren bringer kjølemediet fra en høytrykktilstand til en tilstand med svært lavt trykk. i disse tilfellene blir driftsforholdene som er forskjellige fra de nominelle spontant etablert med en reduksjon i effektiviteten.

Termostatisk ekspansjonsventil

Termostatiske ekspansjonsventiler styrer injeksjonen av flytende kjølemedium i fordamperne og beskytter kompressormotoren mot flytende kjølemedium. 

Den termostatiske ekspansjonsventilen gjør det mulig å holde overopphetingen (eller kjølemedienivået) konstant i situasjoner med variabel belastning i kjølesystemet, for å spare energi.

Den elektroniske lamineringsventilen

Den fungerer som en termostatventil bortsett fra at den ikke er selvaktivert ved hjelp av trykksystemet som er opprettet i ventilen. Det er et ekte elektronisk betjent elektronisk kontrollsystem.

Rullende elementer som tilpasser sin geometri til belastningen:

• termostatisk ekspansjonsventil
• elektronisk ekspansjonsventil

Rullende elementer som IKKE tilpasser sin geometri til belastningen:

• kapillarrør
• konstant trykkventil

 

HOVEDTILBEHØR

 

Andre typer termostat

Antikken (eviggrønn)

• nedkjøling

◄ Tilbake