Kylkrets - Grunderna

Kylkrets - Grunderna

Grundläggande information om driften av kylkretsen, de komponenter som används och de inblandade delarna

Välkommen till den här guiden skapad av Itiefe "Utforska den kontrollerade kylan - guide till grunderna i kylkretsen". I en värld där temperaturkontroll är avgörande för ett brett spektrum av applikationer, tar den här guiden dig med på en fascinerande resa in i hjärtat av kylkretsar och avslöjar hemligheterna bakom funktionen hos dessa system som gör att vi kan generera och upprätthålla kyla.

Köldmediekretsar finns i många aspekter av vårt dagliga liv, från hem till industrianläggningar, från stormarknader till vetenskapliga laboratorier. Men vad händer egentligen inuti dessa kretsar som tillåter oss att kyla och hålla saker vid kontrollerade temperaturer? I den här guiden kommer vi att utforska de grundläggande grunderna för köldmediekretsar och avmystifiera nyckelbegreppen som gör dem möjliga.

Genom ett tydligt och tillgängligt förhållningssätt guidar vi dig genom de termodynamiska principerna som ligger till grund för driften av en kylkrets. Du kommer att lära dig hur köldmedievätskan, utsatt för variationer i tryck och temperatur, kan överföra värme från en miljö till en annan, vilket gör att temperaturer kan nås lägre än den omgivande miljön. Genom diagram, detaljerade förklaringar och praktiska exempel tar vi dig genom stegen som utgör en kylcykel.

Kylkrets - Grunderna

Denna guide kräver inga avancerade kunskaper om termodynamik eller ingenjörskonst. Den är avsedd för dig som vill ha en grundläggande förståelse för hur kylkretsar fungerar och hur de används i en mängd olika sammanhang. Oavsett om du är student, tekniker eller bara nyfiken på att lära dig något nytt, hoppas vi att den här guiden kommer att belysa den komplexa men fascinerande världen av köldmediekretsar.

Vi inbjuder dig att följa med oss ​​på denna resa genom kontrollerad kyla, där termodynamikens lagar översätts till teknologier som påverkar vår komfort, vår hälsa och produktionen av väsentliga varor. Må den här guiden vara din kompass när du utforskar mekanismerna som gör att vi kan bemästra kylan och använda den till vår fördel.

KYLSKAPET

Det finns inga maskiner som kan producera kyla, men det finns maskiner som kan subtrahera värme från vätskor eller kroppar (luft, vatten, metaller etc.).

Dessa maskiner kallas generellt: "kylskåp".

De är indelade i kategorier baserat på deras typ och användning och kallas hushållskylskåp och frysar (temperaturer +4 -20 ° C), industri- och laboratoriekylskåp (temperaturer upp till -140 ° C) avfuktare, luftkonditioneringar och vattenkylare av alla storlek och potential.

Låt oss analysera dessa maskiner (i det här fallet tar vi hänsyn till den lilla hushållskylningen även om baserna är desamma för alla kategorier).

Kylkrets - Grunderna

KYLSKAPET: STANDARD ÅNGKOMPRESSIONSCYKLUS

Värme är känt för att överföra från områden med högre temperatur till områden med lägre temperatur. Denna värmeöverföringsprocess sker spontant i naturen utan att behöva ingripa av någon maskin. Den omvända processen, å andra sidan, det vill säga överföring av värme från områden med en lägre temperatur till områden med en högre temperatur, sker inte spontant och kräver användning av specialmaskiner som kallas kylmaskiner.

Figur 1 visar systemdiagrammet över en standard ångkomprimeringskylkrets.

Kylkretstransformationer

Transformationerna som utförs av kylvätskan inuti kylenheten kan spåras tillbaka till indikationerna på "Carnot -cykeln", som vi hänvisar förklaringen till andra platser:

1_2 – Den mättade lågtrycksångan sugs in av kompressorn och genomgår reversibel adiabatisk kompression (isoentropisk kompression). Kompressorn komprimerar ångan, ökar dess tryck och temperatur och trycker in den i kondensorn.

2_3 – Värmen Q2, kondensationsvärme, överförs till den yttre luften eller till andra vätskor, i en kondensationsprocess vid konstant tryck, och omvandlar ångan till en vätska. Värmeväxlaren som utför omvandlingen kallas kondensor. En vätska kommer ut ur kondensorn i form av en mättad vätska.

3_4 – Det finns en passage genom expansionsventilen (lamineringsventilen), där vätskan passerar från det högre trycket till det lägre trycket och orsakar expansionsfenomenet. Det är med denna tillståndsändring som värme avlägsnas från miljön eller vätskan. Vätskan, efter expansionsventilen, komprimeras inte längre och återgår till ångtillstånd.

4_1 – Värmen Q1 (värme som avlägsnas från miljön eller den inblandade vätskan) tas emot av kylsystemet vid en lägre temperatur i en förångningsprocess vid konstant tryck genom en värmeväxlare som kallas förångare, på detta sätt stänger cykeln och köldmediet och redo att utföra en ny kylcykel.

 

COP KYLMASKINER

För kylmaskiner är det möjligt att definiera en effektivitetsindikator: prestanda -koefficienten (POLIS_F):

COP_F = vinsteffekt / nödvändig kostnad = Q1 / L._c

där den användbara effekten är värmen som subtraheras vid låg temperatur för att upprätthålla en kall miljö, medan den nödvändiga kostnaden representeras av kompressionsarbetet.

COP_F och omvänt proportionell mot anläggningens driftskostnad: ju högre kompressionsarbete, desto lägre prestanda -koefficient.

Underkylning och överhettning

I vanlig praxis utförs i standardångkompressionscykler en underkylning av vätskan innan expansionen utförs (laminering). På detta sätt är det säkert att mata lamineringselementet med vätska och inte med ånga (vilket skulle få enheten att fungera dåligt). Överhettningen görs för att vara säker på att mata kompressorn med ånga och för att undvika att vätskan innehåller spår av vätska. I själva verket kan det hända att kompressorn komprimerar lite vätska och får den att gå sönder. Det är därför att föredra att vätskan är något överhettad vid kompressorinloppet. Denna operation utförs alltid i kylcykeln oavsett om det finns en ökning eller minskning av COP; på detta sätt kan du vara säker på att kompressorn (mycket dyrt organ) fungerar bra och länge.

UPPFÖRANDE SCHEMATISERING

Figuren visar ett diagram över en generisk kylkrets: det kan ses hur luften i kontakt med förångaren B släpper ut värme Q1 från miljön E, medan annan yttre luft är varmare (men alltid vid en lägre temperatur än kondenseringstemperaturen ) det värms upp genom kondensorn C och skickas sedan ut (värme Q2). Kretsen kompletteras av det rullande elementet D.

 

KOMPONENTER I KYLMEDELKRETSEN

KOMPRESSOREN

Kompressorn är "hjärtat" i kylkretsen. Det är kylsystemets drivkraft eftersom det ger det arbete som är nödvändigt för att utföra den termodynamiska cykeln. Dess funktion är att föra den förångade köldmediumvätskan från förångartrycket (lågt tryck) till kondensortrycket (högt tryck) som motsvarar en kondensationstemperatur som är kompatibel med den för den yttre kylvätskan (luft eller vatten).

Typer av kylkompressorer

alternativ	hermetisk
	halvhermetisk
	öppen
roterande	skruva
	enda skruv
	dubbel skruv
	spiral (rulla)
	palett (glidvinge)
	svängkolv

Det finns olika typer av kompressorer som kan klassificeras efter kompressionstyp och konstruktionstyp:

- dynamik där kompression erhålls genom att variera vätskans flödesförhållanden med energiomvandling

- volumetrisk där kompressionen erhålls genom mekanisk reduktion av volymen som erbjuds till vätskan i en kapsulism med variabel geometri; de är indelade i:

Motsvarande volymetriska kompressorer

Fram- och återgående kompressorn består huvudsakligen av en cylinder inuti vilken en kolv går, med fram- och återgående rörelse. Cylindern stängs i den övre delen av en platta där två öppningar utrustade med ventiler erhålls. De gör att cylindern kan anslutas alternativt, via sugkanalen, till förångaren och, via tillförselkanalen, till kondensorn. Med hjälp av en vevstång och vevmekanism är kolven ansluten till vevaxeln som har funktionen att på ett alternativt sätt transformera rotationsrörelsen hos motorn till vilken den är ansluten (vanligtvis en elmotor).

Diagram över cylinderkolvens ventilsystem

Under inloppsfasen rör sig kolven nedåt, inloppsventilerna öppnas, vilket ger cylinderkammaren i förbindelse med kretsens lågtrycksområde. När den användbara volymen har uppnåtts, den som uppträder vid den nedre dödpunkten (PMI), börjar kolven att minska cylinderkammarens volym och komprimera vätskan. Inloppsventilerna stängs, medan tillförselventilerna öppnas endast när trycket inuti cylindern är lika med det som finns i den övre delen av kretsen. Kompressionsförhållandet (och symbolen ρ anges) är förhållandet mellan kondensationstrycket och avdunstningstrycket.

Fram- och återgående kompressorerna kan i sin tur klassificeras enligt konstruktionsmetoden i:

 

Rotary Scroll Compressors

I Scroll -kompressorer, även kallade "kretsande spiral", uppträder gaskompressionen tack vare den kombinerade verkan av två involverade spiraler kopplade ihop. Den första spiralen förblir fast medan den andra utför en orbitalrörelse (inte en rotation), tack vare denna konfiguration skapas gasfickor mellan spolarna som rör sig inåt, krymper och komprimerar. Den erhållna kompressionen är extremt enhetlig och undviker därmed de klassiska "pulsationer" som är karakteristiska för fram- och återgående kompressorer.

Dubbla roterande kompressorer

De vanligaste problemen relaterade till roterande scrollkompressorer gäller korrekt smörjning i starten med risk för fastsättning, förekomsten av stora mängder olja i kretsen med relativt frekventa återvinningscykler och slutligen förlust av effektivitet vid dellaster på grund av kapacitetsbegränsning vid låga frekvenser. För att lösa dessa problem konstruerades en ny Twin Rotary-kompressor, i vilken det finns två skovlar.

Tack vare deras motfasrotation garanterar de motsatta centrifugalkrafterna som verkar på rotationsaxeln större stabilitet vid låga varv. "Dubbelrotorn" möjliggör större enhetlighet i rotationen under kompressionsoperationer och en minskning av friktion jämfört med klassiska roterande maskiner. Skovlarna är helt nedsänkta i oljan, vilket avsevärt minskar ljudet som produceras och vibrationerna som överförs till kylkretsen, vilket alltid upprätthåller utmärkt smörjning. Eftersom den inte har en depressiv fas för att återkalla smörjmedlet, är mängden olja som införs i kylkretsen mycket lägre än med Scroll-kompressorn.

I synnerhet

1 = sugning

2 = komprimering

3 = avlopp

ELEKTRISKA DELAR KOMPRESSORER

Konformationerna för kylkompressorernas elektriska delar anpassade till varje enskilt behov enligt de olika typerna av anslutningsscheman för de elektriska tillförslarna beskrivs genom att gå till länken nedan. De olika elektriska komponenterna som är nödvändiga för att starta och köra kompressorn beskrivs och är i huvudsak: reläer, värmeskydd (clicson), elektrolytkondensatorer, etc.

Se: "Diagram över kompressorns elektriska delar"

 

VÄRMEVÄXLAREN

Värmeväxlare (i detta fall kondensatorer och förångare) är anordningar som tillåter utbyte av värme mellan två vätskor vid olika temperaturer. I värmeväxlare blandas de två vätskorna inte med varandra: värmen utbyts genom konvektion i båda vätskorna och genom ledning genom separationsmediet mellan dem.

Kondensorn

Kondensorn i köldmediekretsen utför funktionen att avleda värmen som absorberas av köldmediet genom en vätska som kan vara vatten eller luft. På grund av kompressionen från kompressorn når vätskan kondensorn under överhettade ångförhållanden där den kyls och kondenserar, överför sin värme till kylvätskan, varefter den lämnar kondensorn i flytande förhållanden.

Köldmedium kommer in i kondensorn i ett överhettat tillstånd. Efter en kort sträcka når köldmediet mättnadsförhållanden och härifrån börjar den sträcka som påverkas av fasändringen, som vanligtvis upptar en stor del av växlaren. Även om det vid fasförändring sker ett temperaturfall på grund av tryckfallet som köldmediet drabbas av. När det är helt kondenserat underkyles det flytande köldmediet tills det kommer ut ur kondensorn. Värmeöverföringsvätskan som absorberar kondensationsvärmen är vanligtvis enfasig och därför ökar dess temperatur längs vägen inuti värmeväxlaren. Klassificeringen av kondensorerna görs i allmänhet på basis av den använda värmeöverföringsvätskan:

Förångaren

Förångaren utför funktionen att ta bort oönskad värme från vätskan som ska behandlas (luft eller vatten) för att överföra den till kretsen. Köldmediet kommer in i förångaren med en titer på cirka 10%, på grund av tryckfallet under fasändringen minskar kylmediet sin temperatur även om det absorberar värme tills det når torra mättade ångförhållanden. Köldmediet överhettas tills det lämnar förångaren för att sugas in igen av kompressorn. Det finns ventilerade förångare som ökar deras effektivitet med hjälp av en fläkt och statiska förångare som inte tillgriper denna enhet. Statiska förångare erbjuder flera fördelar i kylceller som används för livsmedel eftersom de tar bort mindre luftfuktighet från miljön än ventilerade.

 

TERMISK VÄTSKE

Värmeöverföringsvätskan som släpper ut avdunstningsvärmen är vanligtvis enfas (normalt luft eller vatten) och därför minskar dess temperatur längs vägen inuti växlaren. När det gäller luft, ibland tryckt av en fläkt, rör den vid förångarens rör, vilket ger värme till köldmediet (latent avdunstningsvärme), vilket gör att det avdunstar. När kylmediet avdunstar absorberar det värme från omgivningen. Luften kyls och skickas sedan tillbaka in i rummet. För att underlätta förångningen av köldmediet används kopparrör med hög värmeledningsförmåga. Kopparrören införs i en serie tunna fenor som ökar kontaktytans yta med luften.

KYLSKAPEN

Köldmedievätskor är det sätt på vilket värmeöverföring sker i de olika delarna av kylkretsen. Det första köldmediet som användes i ångkompressionskylmaskiner var etyleter, som valdes och användes runt mitten av förra seklet av Perkins och Harrison på grund av dess brandfarlighet och toxicitet och på grund av tätningssystemens knappa tillförlitlighet över tid övergavs användningen. . Under andra hälften av 800-talet introducerades andra köldmedier, som koldioxid, ammoniak och metylklorid; användningen av dessa köldmedier bidrog utan tvekan till utvecklingen av ångkompressionskylmaskiner.

Säkerhetsproblemet, på grund av toxiciteten och brandfarligheten hos nästan alla köldmedier som listas, kvarstod dock tills syntetiska köldmedier som R30, R11, R113, R21 etc. introducerades på 22-talet. erhålls från metan och etan genom att helt eller delvis ersätta väteatomerna med de av klor, fluor och ibland brom. Tack vare sina utmärkta termofysiska egenskaper och deras stabilitets- och säkerhetskrav etablerade klorfluorkolväten (CFC) sig som de dominerande köldmedierna för att ersätta de tidigare använda, bland vilka praktiskt taget bara ammoniak (R717) återstod för industriella tillämpningar.

Men miljöproblemet, när det gäller ozonförstöring och global uppvärmning på grund av växthuseffekten, har delvis av-legitimerat rollen som de så kallade CFC: erna har spelat under de senaste femtio åren; därav behovet av att ersätta CFC med andra vätskor, vilket har fått den tekniska världen att föreställa sig och undersöka de olika möjligheterna, men samtidigt ställt till problemet med "Retrofit", det vill säga konvertering av alla befintliga system och deras anpassning till nya köldmedier.

De nya köldmedierna

Från slutet av 70 -talet började den kemiska industrin arbeta med att identifiera nya ämnen som är lämpliga för användning i kylsystem, ersätta CFC och senare även HCFC som skapade många miljöproblem såsom minskning av stratosfäriskt ozon. De ämnen som har identifierats och som tillhör klassen HFC -fluorkolväten har utvärderats både ur toxikologisk synvinkel (International PAFT Consortium) och ur miljösynpunkt (AFEAS International Consortium). De nya köldmedierna kännetecknas av en hög kemisk stabilitet, vilket gör dem lämpliga för användning under nästan alla driftförhållanden som kan uppstå i kyl- och luftkonditioneringssystem. Dessa nya vätskor är blandningar av olika föreningar och beroende på deras beteende definieras de:

- Azeotroper: de är blandningar som inte ändrar sin volymetriska sammansättning eller deras temperatur på mättnad under avdunstning (frånvaro av glideffekt); därför sker tillståndsförändringar a konstant tryck och temperatur.

- Nästan azeotroper: de uppvisar en liten variation i temperaturen under tillståndsövergången (liten glideffekt) som dock inte äventyrar systemets prestanda och funktion.

- Zeotroper: de har en markerad "glid" -effekt, det vill säga att tillståndspassage sker vid konstant tryck men inte vid konstanta temperaturer. När du konstruerar maskinen måste denna särdrag beaktas om du tänker använda en zeotrop vätska. Denna blandning bildas av en mer flyktig och en mindre flyktig del, vid läckage läcker lättare komponenten lätt. På detta sätt kommer bara den tyngre komponenten att finnas kvar i kretsen, ofta med dåliga kylningsegenskaper. Därför måste systemet i händelse av ett fel tömmas helt och blandningen "återskapas" genom att fylla på den förlorade komponenten och slutligen, efter att ha reparerat läckan, måste kretsen fyllas på igen.

De viktigaste HFC -köldmedierna:

- R134A

- R407C

- R410A

För mer information, se följande länkar:

Köldmediumgas

Köldmedium gas kort

Köldmedietemperaturtryck

Typiska applikationer

Typiska kylmedelsapplikationer med indikation på typen av vätska, R-nummer, vilken produkt den ersätter, sammansättning och tillverkare.

Se fullständig version "Typiska applikationer för köldmediegas"

LAMINERINGSORGANEN

Ur en rent termodynamisk synvinkel tjänar lamineringselementet till att sänka trycket och temperaturen mellan de två värmeväxlarna i omvänd ångkompressionscykel. I praktiken är dess huvudsakliga funktion att reglera flödet av kylvätska från kondensorn till förångaren så att den alltid står i proportion till den kylkapacitet som systemet måste garantera. Klassificeringen mellan de olika rullande elementen baseras på förmågan att anpassa sin geometri till de olika belastningsförhållandena (variation av den erforderliga kylkapaciteten).

Kapillarröret

Det är det vanligaste lamineringsorganet i små och mycket små kylmaskiner och luftkonditioneringsapparater. Flytande köldmedium tvingas passera genom detta extremt smala rör. Energin som går förlorad när den passerar genom kapillären för kylmediet från ett högtrycksläge till ett mycket lågt tryck. i dessa fall etableras driftsförhållanden som skiljer sig från de nominella spontant med minskad effektivitet.

Termostatisk expansionsventil

Termostatiska expansionsventiler styr injektionen av flytande köldmedium i förångarna och skyddar kompressormotorn från flytande köldmedium. 

Den termostatiska expansionsventilen gör det möjligt att hålla överhettningen (eller köldmediumnivån) konstant i situationer med variabel belastning i kylsystemet för att spara energi.

Den elektroniska lamineringsventilen

Den fungerar som en termostatventil förutom att den inte är självaktiverad med hjälp av trycksystemet som skapas i ventilen. Det är ett riktigt elektroniskt styrt elektroniskt styrsystem.

Rullande element som anpassar sin geometri till belastningen:

• termostatisk expansionsventil
• elektronisk expansionsventil

Rullande element som INTE anpassar sin geometri till lasten:

• kapillär rör
• konstant tryckventil

 

STÖRSTA TILLBEHÖR

 

Andra typer av termostat

Antiken (vintergrön)

• Refrigeration

◄ Tillbaka