Klíma- és hűtőberendezések

Klíma- és hűtőberendezések  - hűtőgépek működésén alapuló berendezések, amelyeket a hőmérséklet és egyéb levegőparaméterek ( relatív páratartalom , tisztaság, légsebesség) automatikus fenntartására terveztek zárt térben vagy hőszigetelt kamrában . Bár a hűtő- és légkondicionáló berendezések rendeltetésükben és fenntartott hőmérsékletükben különböznek egymástól, az ilyen berendezések szerkezeti hasonlósággal és közös működési elvekkel rendelkeznek.

Az éghajlati berendezések fenntartják a szükséges paramétereket az ember kényelmes tartózkodásához a kis térfogatoktól (például egy autó belső terétől) a hatalmas, több tízezer négyzetméteres ipari, kiskereskedelmi és lakóterületekig. A hűtőberendezések fenntartják a szükséges paramétereket az élelmiszerek hosszú távú tárolására és egyéb célokra. A hűtőszekrények mérete a hűtőtáskáktól a hűtött hajókig és a speciális helyiségekig terjed . Az 500 watt alatti hűtőteljesítményű klímaberendezések a hűtött térfogatok eltérése miatt nem készülnek sorozatgyártásra, míg a hűtőberendezések 10 wattnál kisebb hűtőteljesítményűek lehetnek.

Léteznek olyan berendezések, amelyek a hűtés és a borospincék klímája között köztes helyet foglalnak el . +5 °C-ig tartják a hőmérsékletet, és beépített leolvasztó rendszerrel rendelkeznek a beltéri egységhez, mint a hűtőszekrényekben. .

Berendezések típusai a működési elv szerint

Gőz-kompressziós hűtési ciklus

Az elméleti alap, amelyre a hűtőszekrények működési elve épül, a termodinamika második főtétele . A hűtőszekrényekben lévő hűtőközeggáz egy úgynevezett fordított Rankine-cikluson megy keresztül, amely a fordított Carnot-ciklus egy változata . Ebben az esetben a fő hőátadás nem a Carnot-ciklus kompresszióján vagy kitágításán alapul, hanem fázisátalakulásokon - párolgáson és kondenzáción. Az alacsony teljesítményű kompressziós típusú hűtő- és klímaberendezések hasonló berendezéssel rendelkeznek:

• kompresszor a szükséges nyomáskülönbség létrehozása;
• párologtató , amely hőt vesz fel a hűtőszekrény belső térfogatából;
• kondenzátor , amely hőt ad le a környezetnek;
• Fojtóberendezés , amely a nyomáskülönbséget a hűtőközeg fojtásával támogatja ;
• A hűtőközeg  olyan anyag, amely a hőt az elpárologtatóból a kondenzátorba továbbítja.

A kompresszor gőz formájában szívja be a hűtőközeget az elpárologtatóból, összenyomja (ebben az esetben a hűtőközeg hőmérséklete megemelkedik) és a kondenzátorba nyomja. A kompresszor kenésére speciális hűtőolajokat használnak. Meg kell jegyezni, hogy az olaj és az R-22, R-12 hűtőközegek jól oldódnak egymásban. Az újabb hűtőközegek (R-407C, R-410A stb.) nem oldják az olajokat, és poliészter olajokat használnak a kompresszor kenésére . A poliészter olajok rendkívül higroszkóposak, kémiai reakcióba lépnek vízzel és lebomlanak.

A kondenzátorban a kompresszió hatására felmelegedett hűtőközeg lehűl, hőt adva a külső környezetnek, és egyúttal lecsapódik , azaz a fojtóberendezésbe kerülő folyadékká alakul.

A nyomás alatt lévő folyékony hűtőközeg egy fojtóberendezésen (kapilláris vagy termosztatikusan szabályozott expanziós szelepen) keresztül jut be az elpárologtatóba, ahol a nyomás éles csökkenése miatt a folyadék elpárolog . Ebben az esetben a hűtőközeg hőt vesz el az elpárologtató belső falairól, aminek következtében lehűlés következik be.

Így a kondenzátorban a nagy nyomás hatására a hűtőközeg lecsapódik és folyékony halmazállapotúvá alakul, hő szabadul fel, az elpárologtatóban pedig alacsony nyomás hatására felforr, és hőt elnyelő gáz halmazállapotúvá alakul.

Egy termosztatikus expanziós szelep szükséges a kondenzátor és az elpárologtató közötti nyomáskülönbség létrehozásához a hőátadási ciklus végbemenéséhez. Lehetővé teszi az elpárologtató belső térfogatának megfelelő (legteljesebb) feltöltését forralt hűtőközeggel. A tágulási szelep áramlási területe megváltozik, ahogy az elpárologtató hőterhelése csökken, a kamra hőmérsékletének csökkenésével a keringő hűtőközeg mennyisége csökken.

A háztartási hűtőszekrényekben és klímaberendezésekben leggyakrabban kapillárist használnak az expanziós szelep helyett. Nem változtatja meg a keresztmetszetét, hanem a kapilláris bemeneti és kimeneti nyomásától, átmérőjétől, hosszától és a hűtőközeg típusától függően bizonyos mennyiségű hűtőközeget fojt meg.

A hűtőközeg tisztasága nagyon fontos: a víz és a szennyeződések eltömíthetik a kapillárist vagy károsíthatják a kompresszort. A hűtőszekrény belső falainak korróziója következtében szennyeződések képződhetnek, és a rendszer feltöltésekor nedvesség kerülhet be. Ezért a töltéskor a tömítettséget gondosan figyeljük, a töltés előtt a kört kiürítjük.

Általában egy hőcserélő is jelen van a hőmérséklet kiegyenlítésére a kondenzátor kimeneténél és az elpárologtató kimeneténél. Ennek eredményeként egy már lehűtött hűtőközeg kerül a fojtószelepbe, amely ezután még jobban lehűl az elpárologtatóban, míg az elpárologtatóból érkező hűtőközeg felmelegszik, mielőtt a kompresszorba és a kondenzátorba kerülne. Ez lehetővé teszi a hűtőegység kapacitásának növelését, valamint megakadályozza, hogy folyékony hűtőközeg kerüljön a kompresszorba.

Gőz-kompressziós hűtési ciklus diagram

Mivel a fő hőátadás nem a Carnot-cikluson, hanem a fázisátalakulásokon – párolgáson és kondenzáción – alapul, a P és V koordinátákban megadott ciklusábra ( Andrews diagram ) nem tájékoztató jellegű.

1. Hőgépben a folyamatok ciklikusan, a hűtőberendezésekben pedig folyamatosan, ciklusok behatárolása nélkül mennek végbe. Bár a hűtőközeg felforrása az elpárologtatóban a munkaközeg térfogatának többszörös növekedéséhez vezet, a kompresszor folyamatos működése miatt a nyomás állandó marad. A nyomás a kondenzátorban is állandó, és az állandó hőmérséklet határozza meg. Ha valamilyen oknál fogva a nyomás a kondenzátorban megváltozni kezd, akkor a gáz fizikai tulajdonsága megváltozik - a kondenzációs hőmérséklet. A hőmérséklet nem változik, így a nyomás állandó. Így a gőzkompressziós hűtési ciklusban két állandó nyomást különböztetnek meg: magas és alacsony.
2. A gőzkompressziós hűtési ciklus a fordított mechanikai energia hőátadásra szolgál . A hőmotorral ellentétben nem a kapott mechanikai energiát kell becsülni, hanem az átadott hőmennyiséget .
3. A munkaközeg és a környezet közötti hőcsere időben állandó és a radiátorok területén állandó hőmérsékleten megy végbe - forrásban vagy kondenzációban .
4. A hűtőközeg térfogata kondenzáció és forrás közben tízszeresére változik az aggregált halmazállapotok változása miatt . A P és V koordinátákon végzett hűtési ciklushoz logaritmikus skálát kell használni .

Ezért célszerű a gőzkompressziós hűtési ciklust T és S ( hőmérséklet és entrópia ) értékekkel ábrázolni. A hűtőszekrény működése a fordított Rankine cikluson alapul.

• A parabolára emlékeztető vonal  a hűtőközeg termodinamikai tulajdonságainak diagramja. Ennek a kupolanak a teteje az a kritikus pont , ahol a folyadékkondenzáció lehetetlen.
• Tömörítési vonal 2-1. Gáz összenyomása kompresszorral. Összenyomásakor a gáz nyomása és hőmérséklete nő.
• Gáz túlhevítő vezeték 1-6. A túlhevítés azért szükséges, hogy a folyadékfázis képződése a kondenzátorban történjen, és ne a kompresszorban. A túlhevített gáz belép a kondenzátorba.
• Kondenzátor vezeték 6-5. A kondenzátorban a gáz folyadékká alakul. A kondenzáció során a hőenergia távozik.
• Fojtószelep sor 5-4. A folyékony hűtőközeget a Joule-Thomson effektus alapján működő expanziós szelepen keresztül fojtják az elpárologtatóba .
• Nyomáscsökkentő vezeték 4-3.
• Forraljuk sor 3-2. Az alacsony nyomás miatt a hűtőközeg az elpárologtatóban felforr, gáz halmazállapotúvá válik, miközben hőenergiát vesz fel.

Az 5-6 szegmens alatti téglalap területe az S tengely felé ( a függvény integrálja az elpárologtató hőmérsékleti vonala 1-2 mentén) jellemzi a hűtőteljesítményt . A teljes 1-2-3-4-5-6 ábra területe plusz a 4-5 vonal mentén lévő integrál jellemzi a kompresszor által végzett munkát. [egy]

Egy hűtőberendezés alkatrészei

A hűtőközeg olyan anyag, amely hőt ad át az elpárologtatóból a kondenzátorba. A hatékonyság növelése érdekében a klíma- és hűtőberendezéseket úgy tervezték meg, hogy a gázállapotú hűtőközeg hőmérséklete kissé eltérjen a forrásponttól. Az elpárologtató kimeneténél a gáz hőmérséklete és a forráspont közötti különbséget túlhevítésnek nevezzük . Ehhez hasonlóan a nagynyomású zónában a kondenzátorból kilépő folyadék és a kondenzációs hőmérséklet közötti különbséget túlhűtésnek nevezzük . A túlhevítés és a túlhűtés értékének általában 3 és 7°C között kell lennie. Minden hűtőközeghez tartozik egy skála, amely egy az egyhez megfelelést állapít meg a nyomás és a hűtőközeg forrási és kondenzációs hőmérséklete között. A hűtőrendszerekben a forráspont jóval alacsonyabb (-18 °С-ig), mint a klímarendszerekben (+2 és +5 °С között). A klímaberendezések freonjának nem éghetőnek kell lennie, mert ha a hűtőközeg szivárog, az térfogati robbanást idézhet elő a helyiségben vagy a szellőzőrendszerben. Ennek megfelelően egyes freonokat csak hűtőrendszerekben ( R600 ) vagy csak klímaberendezésekben ( R410A ) használnak, a freonok nagy csoportját hűtő- és klímaberendezésekben egyaránt ( R22 ).

A kompresszor biztosítja a szükséges nyomáskülönbséget a rendszer két része között: a kondenzátor (nagynyomású zóna) és az elpárologtató (alacsony nyomású zóna) között. Ha összehasonlítjuk az azonos típusú hűtőközeget használó hűtő- és légkondicionáló berendezéseket, akkor a nagynyomású zóna hasonló paramétereit figyelhetjük meg, de a kompresszor bemeneténél a hűtőberendezésben a freonnyomás alacsonyabb lesz, mint a klímaberendezésben.

A kondenzátor hőt ad át a hűtőközegből a környezetbe. A hűtőközeg a kondenzátorban lehűl, és folyadékká kondenzálódik. A klímaberendezések mind a hűtött helyiségből hűtés közben, mind fűtés közben a helyiségbe továbbíthatják a hőt. Az osztott rendszer belső és külső egysége is kondenzátorként működhet . A kondenzátor maximális hőmérsékletét a hűtőközeg kritikus pontja korlátozza .

Az expanziós szelep biztosítja a szükséges nyomásértéket (és ezzel együtt a hőmérsékletet) az elpárologtatóban, fojtva a folyékony freon betáplálását, az elpárologtató kimenetének hőmérsékletétől függően. Kis teljesítményű (10 kW-ig) berendezésekben kapilláris csövet használnak.

Az elpárologtató hőt ad át a környező térből a hűtőközegnek. Az alacsony nyomás miatt a hűtőközeg alacsony hőmérsékleten felforr az elpárologtatóban. A hűtőberendezésekben az elpárologtató hőmérséklete 0 °C alatt lehet, és dér borítja , ami rontja a hőátadást. Ezt ellensúlyozza a fagyasztók hőcserélő területének növekedése. A fagymentesítés (leolvasztás) időszakos "leolvasztás" (kikapcsolás) eljárással történik. A No-Frost hűtőszekrényekben „síró” elpárologtató használható, amelynek hőmérséklete mindig 0 ° C felett van. A klímaberendezésekben a helyiség hűtési sebességének növelése érdekében a legnagyobb mennyiségű levegőt kell átvezetni az elpárologtatón. Az osztott rendszerekben tangenciális ventilátort használnak erre a célra .

Vízkondenzátum elvezető rendszer A klíma- és hűtőberendezésekben az elpárologtató hőmérséklete, bár 0 °C felett is lehet, általában a harmatpont alatt van, és kondenzvíz képződik rajta . A víz elpárologtatóból való eltávolítása a berendezés típusától függően különböző módon történik. A „síró” elpárologtatóval ellátott hűtőszekrényekben a víz a fal hátulján lévő csúszdán keresztül a kompresszoron lévő speciális műanyag vagy fém edénybe kerül, és elpárolog. Az osztott rendszerekben a vizet egy csövön keresztül ferdén vezetik ki az utcára. Az ipari klímaberendezésekben egy vízelvezető szivattyúrendszer segítségével a vizet központilag vezetik a csatornába.

Nagy teljesítményű kompressziós típusú klímaberendezés

Lásd még

• Rankine ciklus
• CO2 üzem

Jegyzetek

1. ↑ James M. Kalm, P. A. Domansky. STATUS QUO AZ R-22 HŰTŐKÖZEGCSERÉLÉVEL Archiválva : 2016. március 4. a Wayback Machine -nél . // HÍREK SPbGUNIPT 1'2008, C. 28-36

Irodalom

• Kotzaoglanian P. Kézikönyv szerelőnek: Útmutató a modern hűtő- és klímaberendezések telepítéséhez, üzemeltetéséhez, karbantartásához és javításához. - M., Edem, 2007. Pp. 832.
• Hűtőszekrények: Tankönyv az alacsony hőmérsékletű mérnöki és fizika szakos egyetemisták számára / A. V. Baranenko, N. N. Bukharin, V. I. Pekarev, L. S. Timofeevsky : Pod gen. szerk. L. S. Timofejevszkij . - Szentpétervár: Politechnika, 1997 - 992 p.