A hűtő körfolyamat alapjai: működés, fő elemek és termodinamikai háttér

A hűtő körfolyamat lényege, hogy a rendszer mechanikai munka felhasználásával hőt szállít alacsonyabb hőmérsékletű helyről magasabb hőmérsékletű környezetbe. A hűtőközeg zárt körfolyamatban kering, miközben nyomása, hőmérséklete és halmazállapota folyamatosan változik.

A kompresszoros hűtőgépeknek két oldala van, melyek között a kompresszor (pumpa) keringeti a közeget. Mindig a kis nyomású helyről hajtja át a nagy nyomású helyre a gázt, ahol aztán cseppfolyósodik, amitől felszabadul a lecsapódáshője, aminek eredményeképpen felmelegszik, így (jó esetben) melegebb lesz, minta külső környezet, ezért spontán módon le tud adni hőt felé.

A szűkületen visszajutva a kis nyomású helyre ott hirtelen elpárolog, és mivel a párolgáshőt valahonnan fedezni kellett, a belső energiájából megoldva egyből lehűl. A lehűlés miatt viszont hidegebb lesz, mint a hűtő hideg oldala, így spontán módon hőt tud elvonni onnan (még jobban lehűti az egyébként eleve viszonylag hideg ételeinket).

A hűtőkörfolyamat történeti és elméleti alapjai

A XVIII. századig csupán egyetlen lehetőség állt rendelkezésre a hűtött tárolásra: a szalmával bélelt jégverem.

WILLIAM CULLEN volt az első, aki nyilvánosság előtt megtartott előadásában éter elpárologtatásával jeget állított elő.

Az éter rendkívül nagy párolgáshője képes jelentős nagyságú hő elvonására, de ipari folyamatként még nem használható.

A gépszerkezeti alapokat szintén a XVIII. század teremtette meg

Létrejött a dugattyús gőzgép,az ehhez szükséges szerkezeti elemek: a tolattyúk, szelepek, forgattyús mechanizmus

THOMAS NEWCOMEN, JAMES PICKARD, JAMES WATT.

A XIX. század elején elkezdődött a körfolyamatok elméletének megfogalmazása

ROBERT BOYLE, EDME MARIOTTE, JAMES PRESCOTT JOULE, JAQUES CHARLES, JOSEPH LOUIS GAY-LUSSAC, ÉMILE CLAPEYRON, JOHN DALTON, LORD KELVIN (eredetileg William Thomson), WILLIAM JOHN MACQUORN RANKINE, RUDOLF CLAUSIUS, DMITRIJ IVÁNOVICS MENGYELEJEV

Ugyanebben az évszázadban megindultak az első kompresszoros hűtőgépek széndioxid, kéndioxid, ammónia,metilklorid, metiléter, és egyéb hűtőközegek felhasználásával.

A megfordított Carnot-körfolyamat

NICOLAS LÉONARD SADI CARNOT azt a körfolyamatot kereste, amellyel a lehető legtöbb hőenergiát lehet mechanikai munkává átalakítani.

Réflexions sur la puissance motrice du feu (Válaszok a tűzzel működő gépek munkavégző képességére).

Tisztázta azt, hogy

• nem lehet a hőenergiát teljes egészében munkává alakítani,
• meghatározta, hogy milyen állapotváltozások adják a legnagyobb hatásfokú körfolyamatot és
• mekkora lehet az így optimalizált rendszer maximális hatásfoka

A körfolyamat négy elemi lépésből áll: izotermikus hőelvonás, adiabatikus kompresszió, izotermikus hőleadás, adiabatikus expanzió (ez a munkavégző ütem).

Ezeket az elveket a XIX. században a gőzgépek tervezéséhez használták fel.

Lényege: fordítsuk meg a Carnot körfolyamat.

Ennek eredményeként olyan hőerőgéphez jutunk, amely

• hőt szállít alacsony hőmérsékletű helyről magas hőmérsékletű helyre és
• mechanikai munkát fogyaszt a körfolyamat fenntartásához
• a lehető legnagyobb jósági tényezővel

A görbék által körbezárt terület (a körintegrál) a körfolyamat munkája, a körüljárási irány ellentétes, tehát a munkavégzés előjele is ellentétes.

W = ∫ p ⋅ dV ; egységnyi tömegű közegre: w = ∫ p ⋅ dv , ahol w az egységnyi tömegű közeg munkavégzése, v a fajlagos térfogat.

A Linde-elv és a gépi hűtés alapgondolata

CARL PAUL GOTTFRIED VON LINDE 1871-ben gyárat alapított; ez a mai Linde AG elődje.

A gyár lehetőséget adott új gépszerkezetek kifejlesztésére.

Ekkoriban ismert volt már Mengyelejev munkáiból a kritikus pont fogalma.

Linde a svájci Politechnikumban tanult, ahol felvetődött, hogy elméletileg bizonyítható, de kísérletileg bizonyítania még senkinek sikerült, hogy a levegő (és a gázok) cseppfolyósíthatóak.

A bizonyítás a következőképpen sikerült.

A kompresszor által összesűrített levegőt egy ellenáramú hűtőn keresztül fojtószelepbe (Expansionsventil) vezette, ahol az adiabatikus expanzió következtében a levegő annyira kiterjeszkedett, hogy lehűlt a kondenzációs hőmérsékletére.

A szedőedény felső részén megmaradt légnemű levegőt visszavezette az ellenáramú hűtőn, majd a külső hűtőn (Kühler) át a kompresszorba.

Az edény alján gyűltössze a cseppfolyós levegő (flüssige Luft).

Ezzel párhuzamosan megfogalmazta a gépi hűtés alapgondolatát.

A kompresszoros hűtőgép négy fő folyamata

A hűtőkörben négy folyamat zajlik le.

1. Elpárologtatás a kis nyomású oldalon

Az elpárologtatóban a hűtőközeg kis nyomáson és alacsony hőmérsékleten párolog el, miközben hőt von el a hűtendő közegtől.

1. hőcserélőben, kis nyomáson és alacsony hőmérsékleten valósul meg.

hűtőközeg nedves gőz állapotú.

közegből.

Az elpárologtatóból túlhevített gőz távozik.

magasabb hőmérsékletű hűtőközeg érkezik.

A kompresszor előtt a hűtőközeg alacsony hőmérsékletű gáz.

A hűtőgép leglényegesebb lépése, amikor a cseppfolyós állapotú hűtőközeget egy hirtelen nyomáscsökkenéssel párolgásra kényszerítjük, amitől a hűtőközeg cseppfolyós része erősen lehűl.

Az erősen lehűlt folyadék a hűtendő testről (pl. hűtőgépnél a bent lévő ételből) spontán módon hő formájában energiát von el, hiszen hidegebb nála.

Az alacsony nyomású hűtőfolyadék az elpárologtatóhoz áramlik, ahol hőt vesz fel a kinti levegőből párolgás során, és alacsony nyomású gázzá alakul.

2. Sűrítés a kompresszorban

A kompresszor fő feladata, hogy a hűtőrendszeren belül zárt körfolyamatban keringesse a hűtőközeget, amely a hő szállításáért felel.

Ezután a kompresszor beszívja a gáz halmazállapotú hűtőközeget, és összesűríti azt.

2. gőzt sűríteni, vagyis térfogatát csökkenteni, és ez által nyomását fokozni.

áramlik tovább a nyomóvezetékben a kondenzátor felé.

energiává alakítja.

A kompresszor átpréseli az izobutánt a kis nyomású oldalról $(0,5\ \mathrm{bar})$ a nagy nyomású oldalra $(8\ \mathrm{bar})$.

Magától ugyebár sose menne az anyag kis nyomású helyről nagy nyomású helyre, ezért szükséges dolgoznia a kompresszornak.

A kompresszor tehát összenyomja az izobután gőzt, az pedig ettől felmelegszik, hiszen az összenyomáskor a dugattyú munkát végez, azaz energiát ad az izobután gőznek, és mivel a folyamat gyorsan történik, az átadott energia az izobután belső energiáját növeli.

Emiatt az izobután gőz hőmérséklete felszökik kb. $55\ \mathrm{{}^\circ C}$‑ra.

3. Kondenzáció és hőleadás

Ez a folyamat nagy nyomáson, magas hőmérsékleten történik, miközben a hűtőközeg hőt ad le a környezetének.

3. melyben nagy nyomáson, magas hőmérsékleten történik meg a hőleadás.

válik és tovább halad az adagoló felé.

A kondenzátornál a magas nyomású, magas hőmérsékletű gáz leadja a hőt a külső levegőnek és hűtőtt, magas nyomású folyadékká alakul át.

Ez a hőmérséklet pedig egyértelműen magasabb, mint a szobákban lévő levegő hőmérséklete, ezért a felmelegedett izobután gőz spontán módon hőt kezd el leadni a környező (külső) levegőnek.

A hőleadástól pedig lehűl kb. $30\ \mathrm{{}^\circ C}$‑ra és cseppfolyósodik.

A lecsapódáshoz az izobutánnak le kell adnia egy csomó hőt, a párolgáshőnek megfelelő mennyiségűt.

A kondenzátor rész a hűtőszekrény hátsó oldalán lévő csőkígyó, melynek hőleadó képességét kétféle módon is növelik:

• az eleve nagy felületű csőkígyó felületét fémrácsozással még tovább növelik
• az egészet feketére festik, hogy segítsék a hősugárzással zajló hőleadását az infravörös tartományban

4. Fojtás és nyomáscsökkenés

A cseppfolyósodott, de még meleg, kb. $30\ \mathrm{{}^\circ C}$‑os izobután folyadék ezután a fojtószelepen át a párologtatóba (evaporátor) jut.

Ezen az oldalon sokkal kisebb a nyomás (csak $0,5\unicode{x2013} 1\ \mathrm{bar}$).

A folytószelepen való áthaladást, és az ennek során bekövetkező nyomáscsökkenést az alábbi ábra $1\to 2$ szakasza mutatja:

A magas nyomású folyadék áthalad egy tágulási szelepen, ami csökkenti annak nyomását, így a folyadék hőmérséklete a hűtött tér hőmérsékleténél alacsonyabb lesz.

Ez hűtött, alacsony nyomású hűtőfolyadékot eredményez.

A kompresszor kettős feladata

A kompresszor tehát azzal, hogy a kis nyomású párologtató oldalról a nagy nyomású cseppfolyósító oldalra átpréseli az izobután gőzt, kettős feladatot lát el:

• a kondenzátor oldalon biztosított nagy nyomással azt éri el, hogy a nagy nyomás hatására az izobután gőz cseppfolyósodjon (kondenzálódjon), ami szükséges ahhoz, hogy majd újra elpárologhasson a túloldalon
• a párologtató oldalon biztosított kis nyomással azt éri el, hogy a párologtatóba belépő langyos izobután folyadék NE legyen egyensúlyban a saját gőzével.

A "vágyott" egyensúlyt a párolgása révén fogja megpróbálni elérni.

A pumpának nemcsak amiatt kell dolgoznia, hogy áthajtsa a gázt az evaporátorból (párologtatóból) a kondenzátorba, hanem hogy ennek révén biztosítsa a párologtató oldalon a kis nyomást, hogy az ide megérkező meleg folyadék a kis nyomás miatt agyorsan elpárologjon és lehűljön.

Miért hűl le a hűtőközeg párolgáskor?

A folytószelep túloldalűra került folyékony izobután igen intenzív párolgásba kezd, mert az ő $30\ \mathrm{{}^\circ C}$‑os hőmérsékletén a kb. $4\ \mathrm{bar}$ nyomású saját gőzével lenne egyensúlyban, de most ennél sokkal kisebb (csak $0,5\unicode{x2013} 1\ \mathrm{bar}$) nyomású saját gőz van felette, hiszen a kompresszor folyamatosan elszívja az izobután gőzt.

Vagyis a folyékony izobután a párolgása révén megpróbálja a hőmérsékletének megfelelő dinamikus egyensúlyt létrehozni a saját gőzével.

Az intenzív párolgástól azonban az izobután erősen lehűl (jellemzően $‑20\ \mathrm{{}^\circ C}$ körüli hőmérsékletre), hiszen az elpárolgás energiát igényel (a folyadékmolekulák közötti vonzóerőket a molekulák eltávolításához kell győzni).

A párolgáshoz szükséges energiát a folyékony izobután a saját belső energiájából fedezi, ezért lecsökken a saját belső energiája, így a hőmérséklete is.

De miután ilyen okokból lehűlt, akkor jóval hidegebb lesz, mint a környezete, vagyis a párologtató oldali csőkígyó külső oldala, (azaz a hűtőtér, benne az ételekkel).

Ettől előáll az a helyzet, hogy már a lehűtendő étel spontán módon tud hőt átadni az izobutánnak, vagyis a párolgástól lehűlt izobután a hűtőszekrényben lévő ételektől elveszi a hőt.

Tehát igazából a hútőgépben sem zajlik olyan elemi folyamat, melyben a hő hidegebb helyről melegebb helyre áramlana.

Az izobután szerepe a háztartási hűtőgépekben

Az ipari hűtőgépek közege ammónia, a háztartási kompresszoros hűtőgépekben pedig jelenleg egy izobután nevű (R‑600a kódjelű) anyagot keringetnek (ez van az öngyújtókban, a kézi lángszórókban és a túrázók gázpalackjában is), mely szobahőmérsékleten és normál nyomáson gáz halmazállapotú, de könnyen, már néhány bar nyomással cseppfolyósítható.

Az izobután telített gőznyomásának hőmérsékletfüggése az alábbi ábrán látható, ezen leolvasható, hogy normál nyomáson $‑11,7\ \mathrm{{}^\circ C}$‑on forr, és $25\ \mathrm{{}^\circ C}$‑on kb. $3,5\ \mathrm{bar}$ nyomással cseppfolyósítható.

Az izobután párolgáshője jó nagy: $366,7\ \mathrm{\displaystyle \frac{kJ}{kg}}$, vagyis $1\ \mathrm{kg}$ izobután elpárologtatása annyi hőt igényel, mint $1\ \mathrm{kg}$ víz $80\ \mathrm{{}^\circ C}$‑szal való felmelegítése.

valamint hogy a nyári forróságban ha a tűző napon álló autóban felejtünk egy öngyújtót, és a hőmérséklet $50\unicode{x2013} 60\ \mathrm{{}^\circ C}$‑ra felmegy, akkor akár $8\ \mathrm{bar}$ nyomás is kialakulhat az öngyújtóban, amitől az akár szét is robbanthat.

A kondenzátor szellőzésének jelentősége

Ha a hűtőszekrény hátulján a szoba levegője nem tud rendesen áramlani, cserélődni, akkor a kondenzátorban lévő izobután nem tud megszabdulni a hőtől, nem tud kellően lehűni.

Ez esetben a hűtőszekrény hatékonysága romlik, a motorja az jól szellőző állapothoz képest többet fog menni, ami több energiafogyasztással és gyorsabb amortizációval jár.

Az ideális és a valóságos hűtőkörfolyamat

Az itt következő leírásokban a hűtőközeg elméleti modellje az ideális gáz.

A valóságos hűtőgépek munkafolyamatát csakis az adiabatikus kompresszió W12 munkája tartja fönn.

Izotermikus kompresszió (és expanzió) csak képzeletben létezik.

Az ilyen gép például négy dugattyús gépből állna.

Sajnos, az izotermikus állapotváltozás létrehozásához a dugattyú sebességének végtelenül kicsinek kell lennie.

Ezért az ilyen gép teljesítőképessége végtelenül kicsi.

Másrészt, az az állapotváltozás, amelynél a dugattyú sebessége tart a végtelenhez, valóban adiabatikus volna, de ennek is van korlátja: a hangsebesség az adott közegben (gőzturbináknál a lefúvatás sebessége túllépheti a hangsebességet, ezt Laval-fúvókával érik el).

A Carnot után megismert Joule-körfolyamat is rendelkezik hátrányokkal.

Csupán egyet érdemes megemlíteni: a légnemű hűtőközeg rendkívül nagy térfogatú, s ezért a megvalósításához rendkívüli gépméretek szükségesek.

Tudjuk azonban, a folyadékok térfogata általában három nagyságrenddel kisebb a gázok térfogatánál.

A körfolyamatgépi megvalósításához nem kell új ábrát rajzolnunk, az ugyanis tökéletesen azonos azzal, amit már a Joule-körfolyamatnál megismertünk.

Az eltérés csupán annyi, hogy most a hőcserélőkben halmazállapot-változás játszódik le.

A hűtőközeg halmazállapotai

A p-v-diagramban új vonalak jelennek meg.

Ezek a folyadékot és a légnemű anyagot választják el egymástól.

A baloldalit (ezzel érintkezik a 3 jelű pont) folyadék határgörbének nevezzük, mert tőle balra a hűtőközeg folyadékállapotban van.

A jobboldali görbe (ezen látható az 1 jelű pont) telített gőz-állapotot jelent.

Bármilyen kicsiny hőközlésre ennek az anyagnak a hőmérséklete növekszik, ezért ezt az állapotot (a görbétől jobbra) túlhevített gőznek nevezzük.

Bármilyen kicsiny hőelvonás hatására az ilyen anyag elkezd cseppfolyósodni, és állapota balra tolódik el.

Talán furcsa, de az ilyen állapotú anyagot nedves gőznek nevezzük, de ez most nem a víz jelenlétére utal, hanem arra,hogy a közeg egy része csepp­ folyósodott.

Ez lehet akár ammónia, akár freon, akár bármilyen hűtőközeg folyadéka.

A fentieket jobban megérthetjük, ha végigkísérjük a körfolyamatban a közeg állapotváltozásait.

Az adiabatikus kompresszió az 1-es ponttól a 2-es pontig tart.

Ennek képe a már jól ismert κ kitevőjű hiperbola.

Ha a kompresszió telített gőz állapotból indul, a közeg kompresszió közben túlhevül (az 1-2 görbe meredekebb, mint a telített gőz vonala; a felső határgörbe).

A kompresszorból távozó közeget bevezetjük a kondenzátorba.

Termodinamikai diagramok

A fenti ábra (T-p diagram) a legismertebb közeg, a víz tulajdonságait szemlélteti.

Figyelemre méltó például végig követni a 100 °C-os (373 K-es) hőmérséklet vonalát alulról-felfelé.

105 Pa nyomás alatt légnemű (vapor).

Felette cseppfolyós, kb 3∙109 Pa nyomásig, ott megszilárdul, és a VII-es számmal jelzett kristálytani állapotba megy át.

Kövessük végig a fagyási görbét is!

A víz egészen -20 °C-ig cseppfolyós lehet (liquid), ott átmegy a III jelű kristálytani állapotba (kb. 7 MPa nyomáshatására).

Ugyanezt a körfolyamatot ábrázoltuk a hűtéstechnikában használatos nyomás-entalpia-diagramon is.

Ez az ábra eltér az ideális gázok p-h-diagramjától, ugyanis a 2-3 és a 4-1 izotermikus folyamatot függőleges egyenes írja le.

Ugyanis az entalpia dh = du + pdv + vdp , és izotermikusállapotváltozásnál pdv = vdp ; ellentétes előjellel.

Így marad dh = du = c v dT ; ennek viszont az a következménye, hogy izotermikus állapotváltozásnál nem változik a belső energia, tehát az entalpia sem.

Az ábrán ettől eltérő eset látható.

Reális gázoknál ugyanis eltér egymástól az izotermikus és az izentalpikus állapotváltozás, úgy, ahogy az ábrán látható.

Reális gázoknál a telítési határ közelében a VAN DER WAALS állapotegyenlettel számolunk.

Az adiabatikus állapotváltozás vonala logaritmikus.

A kompresszió munkája

Új jelölésként megjelent az ábrán a wk kompressziómunka is.

Ennek az a magyarázata, hogy az entalpia fenti egyenletének jobb oldalán szereplő két első tag összege azonos a közölt hőmennyiséggel.

Így az egyenletből csak ennyi marad: dh = vdp , s ennek a neve technikai munka.

A következő ábrán megmutatjuk, hogyan kapcsolódik egymáshoz a fizikai munka és a technikai munka.

A kompresszió folyamata az 1-2 adiabata görbéje alatti terület a vízszintes tengelyre vetítve a fizikai munka.

A függőleges tengelyre vetítve a technikai munkát kapjuk.

A vízszintes tengelyen most nem a fajlagos térfogat áll, hanem a térfogat.

Ezért az ilyen ábra lehetővé teszi a teljes kompresszor munkafolyamat leírását (baloldalt az elméleti, jobboldalt a valóságos).

Ennek részletei:

• 1-2 adiabatikus kompresszió
• 2-3 a sűrített közeg kitolása a nyomószelepen keresztül.

A 3-as térfogat elméletileg nulla.

Ha ez teljesül, akkor az 1-2 görbe alatti terület ténylegesen a technikai munka.

A valóságban ez nem teljesül, szerkezeti okok miatt (a dugattyú beleütköznék a hengerfedélbe).

Így a V3 nagyobb nullánál, és ez némi hibát okoz a kompresszormunka kiszámításánál.

Ezt a hibát elhanyagoljuk; ha ugyanis a kompressziómunka egyenlő a technikai munkával, akkor az egyenlő az entalpia megváltozásával.

Ezért a kompressziómunka értéke bármely entalpia-diagramról egyszerűen leolvasható (csak adiabatikus állapotváltozás esetén).

A V3 neve: a kompresszor káros tere.

A 3-4 (A-B) állapotváltozás a káros térben maradt közeg adiabatikus expanziója.

Ezért a kompresszor nem nulláról, hanem csak a 4-es állapotból származó közeget tudja beszívni a szívóütemben, ezzel romlik a szállítóképessége.

Az ábrán látható előjelek utalnak arra, hogy mikor van szüksége külső munkavégzésre a kompresszornak.

Ha az 1-2 és a 2-3 folyamat munkavégzésre pozitív, akkor a 3-4 és a 4-1 folyamat munkavégzése negatív; annak megfelelően, hogy csökken-e, vagy növekszik a térfogat.

Egyszerűsítve tehát feltételezzük, hogy a w12 + w23 + w34 + w41 ≈ wt értékével.

A szívás és a kiürítés folyamata egyebekben is eltér ettől; ezt a valóságos hűtőkörfolyamat ismertetésénél találjuk.

A T-s-diagram értelmezése

Következő ábránkon a megfordított Carnot-körfolyamatot a T-s diagramon ábrázoltuk.

Ezt a diagramot gyakorta használják belső égésű motorok vizsgálatára.

Első előnye, hogy valamennyi adiabata és izoterma egyenes vonal, ezért ezek értéke könnyen leolvasható.

Az adiabaták esetében a fajlagos entrópia értékére gondoltunk.

Ez az állítás bármilyen halmazállapotú közegre érvényes, sőt még akkor is, ha a közeg valamely folyamat során halmazállapot-változáson megy keresztül.

A diagram legfontosabb tulajdonsága, hogy bármely görbe alatti terület azonos a hőközlés nagyságával.

Az ábrán q0 a hűtőben elvont hő; ezt a fajlagos entrópiából számítható hőmennyiséget jelöltük meg mintázattal.

Ez a 4-1 állapotváltozást görbéje alatti terület.

A p-v- és p-h-diagram használata

Mint láttuk, akörfolyamatnak van egy olyan kritikus része, amely akadályozza a realizálását.

Ezért ezt a részt (az izotermikus állapotváltozást megvalósító gépet) megkíséreljük olyan szerkezeti elemmel felváltani, amely igen könnyen megépíthető és működtethető.

Ez az elem csövekből, vagy egyéb módon megépített hőcserélő.

A hőcserélőkben ideális esetben (ha kicsi az áramlási ellenállás, elméletileg nulla), az állapot­változás izobár.

Ez voltaképpen nem más, mint a Joule-körfolyamat megfordítását megvalósító gép.

A 2-3 izobár állapot­változás alatt p nyomáson leadja a hűtőben felvett hő és a bevezetett mechanikai munka összegét, a q hőmennyiséget.

A körfolyamat másik újdonsága, hogy a 4-1 állapotváltozás is izobár, ezalatt veszi fel p0 nyomáson a lehűtendő anyagtól a q0 hőmennyiséget.

A p-v-diagramon most megjelenik a 2-3 és a 4-1 vízszintes állapotváltozások vonala.

A diagram fő jellegzetessége, t.ihogy a w munkavégzés mindig a görbe alatti terület (ezúttal: a görbe által közbezárt terület), most is megfigyelhető.

A p-h-diagramon a hőleadás és hőfelvétel most vízszintes egyenessé vált.

Ha felidézzük a fajlagos entalpia egyenletét, látjuk, hogy izobár (de csakis izobár) állapotváltozásnál a közölt, vagy elvont hő teljes egészében az entalpiát növeli, illetve csökkenti (vdp ugyanis nulla).

Ennek hasznos következménye, hogy az entalpia-diagramokról a hőmennyiség könnyedén leolvasható.

Az ábrán q0-lal jelöltem azt az entalpiaváltozást, amely a hűtőben elvont hőmennyiséggel egyenlő: q0=h1-h4.

Ismét megemlítem: a kisbetűvel jelölt mennyiség a tömegegységre vonatkozik, ezért q0 az egy kilogramm hűtőközeggel elvonható hőmennyiség.

A T-s-diagram változott az előzőhöz képest; most már nem egyszerű téglalap a körfolyamat képe, mert az izobár állapotváltozás görbéje logaritmikus.

A közölt hőazonban most is a görbe alatti terület.

Példaképpen az ábrán jelölt állapotváltozás: p0 nyomáson a hűtőközeg q0 hőmennyiséget vesz fel a lehűtendő anyagtól, mialatt a hőmérséklete T4-ről T1-re, fajlagos entrópiája s4-ről s1-re növekszik.

Növekvő entrópia bevezetett hőmennyiséget jelent.

A kompresszorok fő típusai

A cikkben szereplő három fő típus a hagyományos (indukciós), az inverteres és a lineáris.

Hagyományos kompresszor

A hagyományos kompresszor akkor kapcsol be, amikor a hőmérséklet meghaladja a beállított értéket, és addig működik, amíg vissza nem hűti a hűtőteret.

Ezután kikapcsol, majd később újraindul.

Ez a ciklikus működés viszonylag egyszerű technológiát takar, olcsóbb gyártást tesz lehetővé, de kevésbé hatékony energetikailag.

A hagyományos kompresszorok ciklikusan kapcsolnak be és ki, zajosabbak és kevesebb energiát takarítanak meg.

Ez a típus ideális lehet azoknak, akik kevesebb használat mellett keresnek kedvező árú megoldást, például nyaralókba vagy ritkábban használt, kisebb hűtők esetén.

Inverteres kompresszor

Ez a technológia lehetővé teszi a fokozatmentes működést, azaz a kompresszor nem kapcsol ki, hanem az aktuális igény szerint változtatja a fordulatszámát.

Az inverteres kompresszorok folyamatosan, a hűtési igényhez igazodva működnek, csendesebbek és energiatakarékosabbak.

Ez csendesebb működést eredményez, kevesebb áramot fogyaszt, és növeli a készülék élettartamát.

Emellett egyenletesebb hőmérsékletet biztosít a hűtőtérben.

Egyes inverteres modellek már okosvezérléssel is rendelkeznek, amelyek automatikusan alkalmazkodnak a környezeti hőmérséklethez, a nyitogatás gyakoriságához, sőt még az ételek mennyiségéhez is.

Lineáris kompresszor

Egyes modern hűtőgépek már lineáris kompresszorral működnek, amely a hagyományos forgó mozgás helyett egyenes vonalú mozgással működik.

A legkorszerűbb gépek a turbokompresszorok és a csavarkompresszorok.

A kompresszorok szerkezeti sajátosságai

Az ábrán egy nyomásindikátor vázlatát látjuk.

Az indikátordiagram felvételét azért lehetséges mechanikusszerkezettel felvenni, mert a hűtőkompresszorok fordulatszáma jelentősen kisebb a belső égésű motorok fordulatszámánál.

A rudazat és a drótkötél jobbra-balra forgatja a regisztráló dobra rögzített papírt.

Ennek elmozdulása arányos a hengerűrtartalom változásával, tehát a térfogattal.

Az ábra érdekessége, hogy egyenáramú kompresszort láthatunk.

Ennek a szívószelepe a dugattyúfedélben van, és a forgattyúházból szívja a hűtőközeget.

Megfigyelhető az is, hogy ezek nem vezérelt szelepek: a szelepnyitást a hűtőközeg nyomáskülönbsége végzi.

Mindkettő jelentős eltérés a belsőégésű motorokhoz képest.

Azokat a gépeket, - ezek a korszerűbbek, - amelyeknél mindkét szelep a hengerfedélben van, váltakozó áramú kompresszornak nevezzük.

Az előzőekhez és a továbbiakhoz is meg kell jegyezni, hogy az extenzív mennyiség intenzív mennyiséggéválik, ha tömegegységre vonatkoztatjuk.

A fenti egyenletek közül dH = dU + pdV + Vdp , dH = dU = mcv dT , például: W12 + W23 + W34 + W41 ≈ Wt.

A kompresszor állapota, karbantartása és hibái

A rendszer pontos és hatékony működéséhez elengedhetetlen, hogy a kompresszor mindig megfelelő állapotban legyen.

Mivel ez a legnagyobb mechanikai igénybevételnek kitett alkatrész, ezért a hiba gyakran itt jelentkezik először.

Számos tünet utalhat a kompresszor meghibásodására.

Ha a hűtőtér nem hűl le megfelelően, a motor folyamatosan, szokatlanul hangosan működik, vagy a hűtő hátulja extrém módon felmelegszik, érdemes szakembert hívni.

Fontos megjegyezni, hogy ezek a tünetek nem mindig kizárólag a kompresszorra vezethetők vissza - előfordulhat, hogy termosztát-, ventilátor- vagy hűtőközeg-probléma áll a háttérben.

Amennyiben az alkatrész meghibásodott, és szükségessé válik annak cseréje, érdemes előzetesen tájékozódnunk a folyamatról.

A kompresszor élettartama nagymértékben múlik azon, hogyan használjuk a készüléket a mindennapokban.

A kompresszor élettartama nagymértékben függ a tudatos használattól.

• Hagyjon elegendő helyet a hűtő mögött a megfelelő szellőzés érdekében.
• Rendszeresen takarítsa le a kondenzátorrácsot.
• Kerülje a túl meleg ételek behelyezését.
• Továbbá ajánlott évente legalább egyszer szakemberrel átnézetni a készüléket, főleg ha régebbi modellről van szó.

Abszorpciós hűtőgép és kompresszoros rendszer

Az abszorpciós hűtőgépnél a hűtőközeg alacsony nyomáson elpárolog, miközben hőt von el a hűtendő közegtől.

A hűtőközeg vízben elnyelődik, miközben hő keletkezik.

Ezt hűtővízzel el kell vonni.

és nyomáson az ammónia gőz kiűzhető az oldatból.

és jóval nagyobb a vízigénye, mint a kompresszorosnak.

hűtővíz nagy mennyiségben rendelkezésre áll.

A kompresszoros rendszerben ezzel szemben a kompresszor biztosítja a hűtőközeg folyamatos keringetését és a két nyomásszint fenntartását.

Légkondicionáló és hőszivattyú

A légkondicionáló berendezés egy hűtőszekrényhez hasonlóan működik.

A hűtőközeg áthalad a rendszeren miközben megváltoztatja állapotát.

A légkondicionáló központi eleme a hűtőközeget a rendszerben szivattyúzó kompresszor.

A kompresszor által nagy nyomás alá helyezett gáz felmelegedik és tovább áramlik a kondenzátorhoz.

A kondenzátornál a magas nyomású, magas hőmérsékletű gáz leadja a hőt a külső levegőnek és hűtőtt, magas nyomású folyadékká alakul át.

A magas nyomású folyadék áthalad egy tágulási szelepen, ami csökkenti annak nyomását, így a folyadék hőmérséklete a hűtött tér hőmérsékleténél alacsonyabb lesz.

Ez hűtött, alacsony nyomású hűtőfolyadékot eredményez.

Az alacsony nyomású hűtőfolyadék az elpárologtatóhoz áramlik, ahol hőt vesz fel a kinti levegőből párolgás során, és alacsony nyomású gázzá alakul.

A gáz halmazállapotú hűtőközeg ezután visszaáramlik a kompresszorhoz, ahol a ciklus elölről kezdődik.

Hőszivattyú használata esetén a ciklus megfordítható.

tags: #huto #korfolyamat #alapjai