Concepte de bază asociate cu funcționarea răcitorului de lichid
Răcirea aparatelor de aer condiționat se face prin absorbția căldurii atunci când lichidul se fierbe. Când vorbim despre un lichid fierbinte, credem că este fierbinte. Cu toate acestea, acest lucru nu este în întregime adevărat.
În primul rând, punctul de fierbere al lichidului depinde de presiunea ambientală. Cu cât este mai mare presiunea, cu atât este mai mare punctul de fierbere și viceversa: cu cât este mai mică presiunea, cu atât este mai mică punctul de fierbere. La o presiune atmosferică normală, egală cu 760 mm Hg. (1 atm), apa fierbe la + 100 ° C, dar în cazul în care presiunea este scăzută, cum ar fi în munți, la 7000-8000 m, apa începe să fiarbă deja la o temperatură de 40-60 ° C,
În al doilea rând, în condiții identice, diferite lichide au diferite puncte de fierbere.
De exemplu, Freon R-22, sunt utilizate pe scară largă în refrigerare, la presiunea atmosferică are o temperatură de fierbere de minus 4 °, 8 ° C
Dacă freon lichid este într-un recipient deschis, adică la presiunea atmosferică și temperatura ambiantă, se va efervescență imediat, în timp ce absoarbe o mare cantitate de căldură din mediul înconjurător sau orice material care este în contact. Într-o mașină frigorifică, Freon nu fierbe într-un vas deschis, ci într-un schimbător de căldură special numit evaporator. În acest caz, fierberea în tuburile freon evaporator absoarbe căldura din fluxul de aer, spălarea exterioară suprafața tubului, de obicei, cu aripioare.
Să luăm în considerare procesul de condensare a vaporilor lichizi prin exemplul de freon R-22. Temperatura de condensare a vaporilor de freon, precum și punctul de fierbere, depinde de presiunea ambiantă. Cu cât este mai mare presiunea, cu atât este mai mare temperatura de condensare. Astfel, de exemplu, condensarea vaporilor de freon R-22 la o presiune de 23 atm începe deja la o temperatură plus 55 ° C. Vaporii de condensare freon, precum și orice alt lichid, o cantitate mare de căldură pentru mediu sau, în răcitor, această căldură flux de transfer de aer sau lichid într-un schimbător de căldură special, numit condensator.
Firește, pentru a procesa agentul frigorific care fierbe în evaporator și aerul de răcire precum și procesul de condensare și de disipare a căldurii în condensator au fost continue, este necesară în mod constant „toarnă“ în vaporizator freon lichid și în condensatorul de alimentare în mod continuu o pereche de freon. Un astfel de proces continuu (ciclu) este efectuat într-o mașină de răcire.
Cele mai extinse mașini de clasă frigorifice bazate pe ciclul de refrigerare prin compresie, elementele structurale majore din care sunt un compresor, un evaporator, un condensator și un regulator de debit (tub capilar) conducte conectate și constituind un sistem închis, în care circulația agentului frigorific (freon) transportă compresor. Pe lângă asigurarea circulației, compresorul menține o presiune ridicată în condensator (pe linia de descărcare) de ordinul a 20-23 atm.
Acum, că conceptele de bază legate de funcționarea aparatului frigorific, trece la o analiză mai detaliată a circuitului de compresie a ciclului de răcire Variantei scop funcțional și unitățile individuale și elemente.
Circuit de răcire comprimat
Aparatul de climatizare este același răcitor de lichid conceput pentru tratarea termică și umezeală a fluxului de aer. În plus, aparatul de aer condiționat are capabilități mult mai mari, un design mai complex și numeroase opțiuni suplimentare. Tratarea aerului presupune acordarea anumitor condiții, cum ar fi temperatura și umiditatea, precum și direcția de mișcare și mobilitate (viteza de mișcare). Să ne ocupăm de principiul funcționării și de procesele fizice care au loc în mașina de răcire (aparatul de aer condiționat). Răcirea în aparatul de aer condiționat este asigurată prin circulația continuă, fierberea și condensarea agentului frigorific într-un sistem închis. Agentul de fierbere a agentului frigorific are loc la presiune scăzută și temperatură scăzută, iar condensarea are loc la presiune ridicată și temperatură ridicată. O diagramă schematică a ciclului de răcire prin comprimare este prezentată în Fig. 1.
Fig. 1. Circuit de răcire comprimat
Să începem lucrarea ciclului de la ieșirea evaporatorului (secțiunea 1-1). Aici agentul frigorific este în stare de vapori cu presiune și temperatură scăzută.
Agentul frigorific de vapori este aspirat de compresor, ceea ce sporește presiunea acestuia la 15-25 atm și temperatura la plus 70-90 ° C (secțiunea 2-2).
Mai departe, în condensator, agentul frigorific de vapori fierbinte răcește și se condensează, adică intra în faza lichidă. Condensatorul poate fi răcit cu aer sau răcit cu apă, în funcție de tipul de sistem de răcire.
La ieșirea condensatorului (punctul 3) agentul frigorific este în stare lichidă la presiune ridicată. Dimensiunile condensatorului sunt selectate astfel încât gazul să fie complet condensat în interiorul condensatorului. Prin urmare, temperatura lichidului la ieșirea condensatorului este oarecum mai scăzută decât temperatura de condensare. Subcolirea în condensatoare răcite cu aer este de obicei de circa 4-7 ° C.
Temperatura de condensare este de aproximativ 10-20 ° C peste temperatura aerului atmosferic.
Apoi, agentul frigorific în fază lichidă la temperatură și presiune ridicată intră regulatorul de flux, în care presiunea amestecului este redus drastic, în timp ce o parte din lichidul se poate evapora, trecând în fază de vapori. Astfel, un amestec de abur și lichid intră în vaporizator (punctul 4).
Lichidul se fierbe în vaporizator, îndepărtând căldura din aerul ambiental și trece din nou în starea de vapori.
Dimensiunile evaporatorului sunt alese astfel încât lichidul să se evaporeze complet în interiorul vaporizatorului. Prin urmare, temperatura vaporilor la ieșirea vaporizatorului este mai mare decât punctul de fierbere, așa-numita supraîncălzire a agentului frigorific din evaporator. În acest caz, chiar și cele mai mici picături de refrigerant se evaporă și lichidul nu intră în compresor. Trebuie menționat faptul că în cazul în care agentul frigorific lichid intră în compresor este posibilă așa-numita "șoc hidraulic", deteriorarea și ruperea supapelor și a altor componente ale compresorului.
Aburul supraîncălzit părăsește evaporatorul (punctul 1), iar ciclul se reia.
Astfel, agentul frigorific circulă în mod constant printr-un circuit închis, schimbându-și starea agregată de la lichid la vapori și invers.
Toate ciclurile de compresie ale mașinilor frigorifice includ două niveluri de presiune definite. Limita dintre ele trece prin supapa de evacuare la ieșirea compresor pe o parte și un orificiu de ieșire din regulatorul de debit (din tubul capilar) de cealaltă parte.
Supapa de evacuare a compresorului și ieșirea regulatorului de debit sunt puncte de separare între părțile de înaltă și joasă presiune din răcitorul de lichid.
Pe partea de înaltă presiune sunt toate elementele care funcționează la presiunea de condensare.
Pe partea de presiune joasă sunt toate elementele care funcționează la presiunea de evaporare.
În ciuda faptului că există multe tipuri de mașini frigorifice de compresie, circuitul de bază al ciclului în ele este aproape același.
Ciclul de răcire teoretic și real.
Ciclul de răcire poate fi reprezentat grafic sub forma unei diagrame a dependenței de presiune absolută și entalpie (entalpie). Diagrama (figura 2) prezintă o curbă caracteristică reprezentând procesul de saturație a agentului frigorific.
Partea din stânga a curbei corespunde stării lichide saturate, partea dreaptă a stării de vapori saturate. Cele două curbe sunt unite în centrul așa-numitul „punct critic“, în cazul în care agentul frigorific poate fi atât în lichid și în stare de vapori. Zonele din stânga și din dreapta curbei corespund lichidului suprasolicitat și vaporilor supraîncălziți. În curba liniei, este plasată o zonă corespunzătoare stării amestecului de lichid și vapori.
Luați în considerare schema ciclului teoretic (ideal) de răcire pentru a înțelege mai bine factorii care acționează (figura 3).
Să luăm în considerare cele mai caracteristice procese care apar în ciclul de răcire prin comprimare.
Compresia aburului în compresor.
Procesul condensatorului are loc în trei etape: îndepărtarea de supraîncălzire (D-E), condensarea corespunzătoare (E-A) și Subracire (A-A`).
Să luăm în considerare fiecare pas pe scurt.
Aceasta este prima fază care apare în condensator și, în timpul temperaturii sale, vaporii răciți se reduc la temperatura de saturație sau de condensare. În acest stadiu, numai căldura excesivă este îndepărtată și nu are loc nicio modificare a stării agregate a agentului frigorific.
În această zonă, aproximativ 10-20% din cantitatea de căldură totală din condensator este îndepărtată.
Temperatura de condensare a vaporilor răciți și a lichidului rezultat este menținută constantă pe parcursul acestei faze. Există o schimbare în starea agregată a agentului frigorific prin trecerea vaporilor saturați în starea lichidă saturată. În această zonă, se îndepărtează 60-80% din îndepărtarea căldurii.
Subcolirea lichidului (А-А`).
În această fază, agentul frigorific, care este în stare lichidă, suferă o răcire suplimentară, ca urmare a cărei temperatură scade. Se dovedește că lichidul supracooleat (relativ la starea lichidului saturat) fără a schimba starea agregatului.
Agentul frigorific Subrăcire oferă avantaje considerabile de energie în timpul funcționării normale, scădere a temperaturii agentului frigorific cu un grad corespunde unei creșteri a chiller putere de aproximativ 1%, la aceeași putere.
Cantitatea de căldură eliberată în condensator.
Secțiunea D-A corespunde unei modificări a conținutului de căldură al agentului frigorific din condensator și caracterizează cantitatea de căldură eliberată în condensator.
Congelarea având parametrii fluidului la punctul A` intră regulatorul de debit (tub capilar sau valva de expansiune termostatică) în cazul în care există o scădere bruscă a presiunii. Dacă presiunea din spatele regulatorului de debit devine suficient de scăzută, fierberea agentului frigorific poate avea loc direct în spatele regulatorului, atingând parametrii punctului B.
Evaporarea lichidului în vaporizator (B-C).
Un amestec de lichid și abur (punctul B) pătrunde în vaporizator, unde absoarbe căldura din mediul înconjurător (fluxul de aer) și trece complet în starea de vapori (punctul C). Procesul are loc la o temperatură constantă, dar cu o creștere a conținutului de căldură.
Așa cum am menționat deja mai sus, agentul frigorific de vapori este oarecum supraîncălzit la ieșirea evaporatorului. Sarcina principală a fazei de supraîncălzire (C-C`) este de a asigura evaporarea completă a picăturilor lichide rămase, astfel încât doar agentul frigorific vaporizat să pătrundă în compresor. Acest lucru necesită o creștere a suprafeței suprafeței schimbătoarelor de căldură a vaporizatorului cu 2-3% la fiecare 0,5 ° C de supraîncălzire. Deoarece supraîncălzirea corespunde de obicei la 5-8 ° C, creșterea suprafeței evaporatorului poate fi de aproximativ 20%, ceea ce este cu siguranță justificat, deoarece crește eficiența răcirii.
Cantitatea de căldură absorbită de vaporizator.
Secțiunea HB-HC `corespunde unei modificări a conținutului de căldură al agentului frigorific din evaporator și caracterizează cantitatea de căldură absorbită de vaporizator.
Ciclu de răcire real.
De fapt, ca urmare a pierderilor de presiune care apar pe liniile de aspirație și evacuare, precum și în supapele compresorului, ciclul de răcire este afișat într-un mod ușor diferit (Figura 4).
Datorită pierderii de presiune la intrare (secțiunea C`-L), compresorul trebuie să producă aspirația la o presiune sub presiunea de evaporare.
Pe de altă parte, datorită căderii de presiune la ieșirea (secțiunea M-D), compresorul trebuie să comprime agentul frigorific de vapori la presiuni peste presiunea de condensare.
Necesitatea compensării pierderilor crește munca de compresie și reduce eficiența ciclului.
În plus față de pierderile de presiune din conducte și supape, pierderea în procesul de comprimare afectează și abaterea ciclului real față de cea teoretică.
În primul rând, procesul de comprimare din compresor diferă de adiabatic, astfel încât lucrările de compresie efective sunt mai mari decât cele teoretice, ceea ce duce, de asemenea, la pierderi de energie.
În al doilea rând, compresorul are pierderi pur mecanice, ceea ce conduce la o creștere a puterii necesare a motorului electric compresor și la o creștere a efortului de comprimare.
În al treilea rând, deoarece presiunea din cilindrul compresorului la sfârșitul ciclului de aspirație este întotdeauna sub presiunea de vapori din fața compresorului (presiunea de evaporare), capacitatea compresorului scade, de asemenea. În plus, compresorul are întotdeauna un volum care nu participă la procesul de comprimare, de exemplu volumul sub capul cilindrului.
Evaluarea eficienței ciclului de răcire
Eficiența ciclului de răcire este de obicei estimată prin coeficientul de eficiență sau prin coeficientul de eficiență termică (termodinamică).
Coeficientul de eficiență poate fi calculat ca raportul dintre modificarea conținutului de căldură al agentului frigorific din evaporator (HC-HB) și modificarea conținutului de căldură al agentului frigorific în procesul de comprimare (НD-НС).
De fapt, este raportul dintre capacitatea frigorifică și puterea electrică consumată de compresor.
Și nu este un indicator al performanței mașinii de refrigerare, ci este un parametru comparativ în evaluarea eficienței procesului de transfer de energie. Astfel, de exemplu, dacă răcitorul de lichid are un coeficient de eficiență termică de 2,5, înseamnă că pentru fiecare unitate de energie electrică consumată de răcitorul de lichid sunt produse 2,5 unități de frig.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: