Wejdź do Ligi Graczy! - Chłodnictwo i Klimatyzacja

Istnieje potencjalna metoda odzysku energii w elemencie rozprężnym
poprzez zastosowanie rozprężarki lub turbiny (nazwa
„turbina” nie jest z technicznego punktu widzenia właściwa dla
elementu rozprężnego. „Turbina” służy do wytwarzania energii,
„rozprężarka” służy do odzysku energii). Pokazane jest to na rysunku
12., na którym element rozprężny jest połączony ze sprężarką
– praca rozprężania przekazywana jest do napędu sprężarki.
W rozprężarkach wysokie ciśnienie czynnika chłodniczego
zostaje zamienione na energię kinetyczną. Energia ta może być
zamieniona na pracę poprzez obrót wału, na którym osadzone
są łopatki rozprężarki. Tak wiec, rozprężarka wyposażona w zespól
obracających się łopatek, poprzez które przepływa rozprężający
się czynnik chłodniczy, obracając się, zamienia energię
wysokociśnieniowego gazu na obroty wału (rys. 12b). Analizując
rozprężarkę i procesy w niej zachodzące, możemy powiedzieć,
że w rozprężarce możemy pominąć pojęcie energii potencjalnej
(ponieważ jest to związane z bardzo małą zmianą wzniesienia).
Poza tym, dla poprawnie zaprojektowanej rozprężarki można pominąć
wymianę ciepła. Przewody rurowe doprowadzające czynnik
do rozprężarki jak i przewody rurowe odprowadzające czynnik
z rozprężarki powinny mieć średnice zapewniające stosunkowo
małą prędkość przepływu czynnika w tych przewodach. Z reguły
znane nam są następujące wielkości: na wlocie do rozprężarki –
T 1; P 1; i 1. Znamy również ciśnienia czynnika opuszczającego rozprężarkę:
P 2. Bazując na powyższych danych, możemy napisać
wzór na maksymalną możliwą pracę rozprężarki:
Z pierwszego prawa termodynamiki wynika:
L = m (i 1 – i 2) (24)
Ponieważ proces rozprężania w rozprężarce jest adiabatyczny
i nieodwracalny, powoduje to wzrost entropii czynnika w stosunku
do procesu odwracalnego (rys. 12b). Możemy wiec napisać:
z drugiego prawa termodynamiki wynika:
S wyt = m (S 2 – S 1) ≥ 0 (25)
Rzeczywisty proces dławienia w rozprężarce jest również
nieodwracalny, wiec jego sprawność jest niższa od sprawności
w rozprężarce idealnej, gdzie proces jest odwracalny, adiabatyczny
i izentropowy. Sprawność rozprężarki rzeczywistej możemy
wyliczyć z zależności:
η= (i 1 – i 2)/(i 1 – i od) < 1 (26)
Wartość η dobrze zaprojektowanej rozprężarki jest rzędu 75÷85%
i zależy od jej wielkości i czynnika chłodniczego.
Czynnik chłodniczy
Czynnik chłodniczy w układzie chłodniczym odprowadza ciepło
z parownika i doprowadza je do skraplacza, gdzie jest ono
wydalane. W związku z tym, dobry czynnik chłodniczy powinien
spełniać następujące wymagania:
Wysoki punk krytyczny, który pozwoli na łatwe skroplenie
czynnika w skraplaczu (chłodzenie powietrzem o temperaturze
otoczenia).
Niską temperaturę zamrażania (zapewnia to pracę urządzenia
w niskiej temperaturze parowania).
Ciśnienie parowania zawsze powyżej ciśnienia atmosferycznego
(zapobiega to zassaniu powietrza w przypadku nieszczelności).
www.chlodnictwoiklimatyzacja.pl
ChłOdNICTwO
Tk Uwagi:
T -Prawie pionowe krzywe
Róg przegrzania x = 1 i x = 0
- Wysoki punkt krytyczny
- Prawie zerowy róg przegrzania
3 2 - Małe ΔT w skraplaczu i parowniku
- Niska temperatura zamrażania
- Obieg staje się zbliżony do układu
4 1 Carnota
Rys. 13. Teoretyczny obieg chłodniczy z hipotetycznym czynnikiem chłodniczym
Niskie ciśnienie skraplania (pozwala na zastosowanie cienkościennego
osprzętu).
Niski stosunek ciśnienia tłoczenia do ciśnienia ssania (pozwala
na projektowanie układów jednostopniowych dla bardzo niskich
wartości temperatury parowania jak i mniejszej sprężarki).
Niska objętość właściwą czynnika w punkcie ssania czynnika
przez sprężarkę (pozwala na miniaturyzację sprężarek).
Stabilny chemicznie, niezależnie od jego temperatury (nie rozkłada
się pod wpływem podwyższonej temperatury).
Nietrujący i niepalny (łatwy w powszechnym zastosowaniu).
Niewchodzący w reakcje ze stosowanymi materiałami i olejami smarowymi
(można używać powszechnie stosowane materiały).
Posiadający niską lepkość i wysoką termiczną przewodność
(ważne w projektowaniu wymienników ciepła i ich miniaturyzacji).
Mający dobre właściwości termodynamiczno–fizyczne (zapewnia
to dobre własności wymiany ciepła w wymiennikach).
Mający wysokie współczynniki przewodności i przenoszenia
ciepła (wpływ na wymiary wymienników ciepła).
Posiadający dobre własności pochłaniania wilgoci (nie nastąpi
zablokowanie elementów rozprężnych przez zamarzającą
wilgoć).
Całkowicie mieszający się z olejami smarowymi (zapewnia to dobre
smarowanie sprężarki i łatwy powrót oleju do sprężarki).
Stosunkowo tani i łatwo osiągalny.
Jak dotąd nie udało się znaleźć doskonałego czynnika chłodniczego,
który spełniałby wszystkie powyższe wymagania. Na rysunku
13. przedstawiłem w miarę idealny czynnik chłodniczy
w układzie współrzędnych Temperatura – Entropia. Ten hipotetyczny
czynnik chłodniczy charakteryzuje się wszystkimi wyżej
wymienionymi własnościami. Spełniając powyższe własności,
nie zbliżamy się całkowicie do idealnego obiegu chłodniczego.
Czynią jednak one nasz system bardzo bliski temu idealnemu
układowi. Bardzo ważną cechą nowego i wysokoefektywnego
czynnika chłodniczego, jest zapewnienie, że czynnik chłodniczy
na wykresie w układzie T–S będzie miał ramiona x=1 i x=0 pionowe
lub bardzo zbliżone do pionowych. Jednocześnie punkt
krytyczny będzie położony bardzo wysoko, a temperatura zamarzania
czynnika będzie bardzo niska. Tak opracowany czynnik
zbliży nasz nowo projektowany układ do obiegu Carnota.
Pozostałe elementy, które zbliżą nasz nowy układ do układu
Carnota zostaną omówione we wnioskach, ale to już w kolejnej
części.
S
79