Chłodzenie ze sprężaniem pary

„VCRS” przekierowuje tutaj. W przypadku magnetowidów patrz Magnetowidy .
Reprezentatywny wykres ciśnienie-objętość dla cyklu chłodzenia

Chłodzenie z kompresją pary lub system chłodzenia z kompresją pary ( VCRS ), w którym czynnik chłodniczy przechodzi przemiany fazowe , jest jednym z wielu obiegów chłodniczych i jest najczęściej stosowaną metodą klimatyzacji budynków i samochodów. Jest również używany w domowych i komercyjnych lodówkach, wielkogabarytowych magazynach do przechowywania schłodzonej lub zamrożonej żywności i mięsa, chłodniach i wagonach kolejowych oraz w wielu innych usługach handlowych i przemysłowych. rafinerie ropy naftowej , petrochemicznego i chemicznego oraz zakłady przetwórstwa gazu ziemnego należą do wielu typów zakładów przemysłowych, które często wykorzystują duże systemy chłodnicze ze sprężaniem pary. Kaskadowe układy chłodnicze mogą być również realizowane z wykorzystaniem dwóch sprężarek.

Chłodzenie można zdefiniować jako obniżanie temperatury zamkniętej przestrzeni poprzez usuwanie ciepła z tej przestrzeni i przenoszenie jej w inne miejsce. Urządzenie spełniające tę funkcję można również nazwać klimatyzatorem , lodówką , powietrzną pompą ciepła , geotermalną pompą ciepła lub agregatem chłodniczym ( pompa ciepła ).

Opis układu chłodniczego ze sprężaniem pary

Rysunek 1: Chłodzenie ze sprężaniem pary

Sprężanie pary wykorzystuje cyrkulujący ciekły czynnik chłodniczy jako medium, które pochłania i usuwa ciepło z chłodzonej przestrzeni, a następnie odrzuca to ciepło gdzie indziej. Rysunek 1 przedstawia typowy, jednostopniowy system sprężania pary. Wszystkie takie systemy składają się z czterech elementów: sprężarki , skraplacza , urządzenia dozującego lub termicznego zaworu rozprężnego (zwanego również zaworem dławiącym ) oraz parownika. Krążący czynnik chłodniczy wpływa do sprężarki w stanie termodynamicznym znanym jako para nasycona i jest sprężany do wyższego ciśnienia, co skutkuje również wyższą temperaturą. Gorąca, sprężona para znajduje się wtedy w stanie termodynamicznym znanym jako para przegrzana i ma temperaturę i ciśnienie, w których może zostać skraplana z wodą chłodzącą lub powietrzem chłodzącym przepływającym przez wężownicę lub rury.

Przegrzana para przechodzi następnie przez skraplacz . W tym miejscu ciepło jest przekazywane z krążącego czynnika chłodniczego do czynnika zewnętrznego, umożliwiając schłodzenie gazowego czynnika chłodniczego i skraplanie do postaci cieczy. Odrzucone ciepło jest odprowadzane przez wodę lub powietrze, w zależności od typu skraplacza.

Skroplony ciekły czynnik chłodniczy, w stanie termodynamicznym zwanym cieczą nasyconą , jest następnie kierowany przez zawór rozprężny , gdzie ulega gwałtownemu obniżeniu ciśnienia. Ta redukcja ciśnienia powoduje adiabatyczne odparowanie błyskawiczne części ciekłego czynnika chłodniczego. Efekt samoczynnego chłodzenia w wyniku adiabatycznego odparowania błyskawicznego obniża temperaturę ciekłej i parowej mieszaniny czynnika chłodniczego do miejsca, w którym jest niższa niż temperatura zamkniętej przestrzeni przeznaczonej do chłodzenia.

Mieszanina zimnego czynnika chłodniczego w postaci cieczy i pary jest następnie kierowana przez wężownicę lub rurki w parowniku. Powietrze w zamkniętej przestrzeni krąży w cewce lub rurach dzięki konwekcji termicznej lub wentylatorowi . Ponieważ powietrze jest cieplejsze niż zimny ciekły czynnik chłodniczy, następuje przenoszenie ciepła, które ochładza powietrze i powoduje parowanie cieczy, przywracając ją do stanu gazowego, jednocześnie pochłaniając ciepło. Podczas gdy ciecz pozostaje w strumieniu czynnika chłodniczego, jej temperatura nie wzrośnie powyżej punktu wrzenia czynnika chłodniczego, która zależy od ciśnienia w parowniku. Większość układów zaprojektowano tak, aby cały czynnik chłodniczy odparowywał, aby zapewnić, że żadna ciecz nie wraca do sprężarki.

Aby zakończyć cykl chłodzenia , para czynnika chłodniczego z parownika jest ponownie parą nasyconą i jest kierowana z powrotem do sprężarki. Z biegiem czasu parownik może zbierać lód lub wodę z wilgoci otoczenia . Lód topi się poprzez rozmrażanie . Woda z roztopionego lodu lub parownika ścieka następnie do miski ociekowej, a woda jest odprowadzana grawitacyjnie lub przez pompę kondensatu.

Czynniki chłodnicze

Zobacz też: Lista czynników chłodniczych

Dobór płynu roboczego ma istotny wpływ na wydajność obiegów chłodniczych i jako taki odgrywa kluczową rolę w projektowaniu lub po prostu wyborze idealnej maszyny do określonego zadania . Jednym z najbardziej rozpowszechnionych czynników chłodniczych jest „ Freon ”. Freon to nazwa handlowa rodziny czynników chłodniczych haloalkanowych produkowanych przez firmę DuPont i inne firmy. Te czynniki chłodnicze były powszechnie stosowane ze względu na ich doskonałą stabilność i właściwości bezpieczeństwa: nie były palne w temperaturze pokojowej i pod ciśnieniem atmosferycznym ani nie były w oczywisty sposób toksyczne, jak zastępowane przez nie płyny, takie jak dwutlenek siarki . Haloalkany są również o rząd wielkości droższe niż łatwopalne alkany pochodzące z ropy naftowej o podobnej lub lepszej wydajności chłodzenia.

Niestety, czynniki chłodnicze zawierające chlor i fluor przedostają się do górnych warstw atmosfery po ucieczce. W stratosferze substancje takie jak CFC i HCFC rozpadają się pod wpływem promieniowania UV , uwalniając wolne rodniki chloru. Te wolne rodniki chloru działają jako katalizatory rozpadu ozonu w reakcjach łańcuchowych. Jedna cząsteczka CFC może spowodować rozpad tysięcy cząsteczek ozonu. Powoduje to poważne uszkodzenie warstwy ozonowej który chroni powierzchnię Ziemi przed silnym promieniowaniem UV Słońca i, jak wykazano, prowadzi do wzrostu zachorowań na raka skóry. Chlor pozostanie aktywny jako katalizator, dopóki nie zwiąże się z inną cząsteczką, tworząc stabilną cząsteczkę. Czynniki chłodnicze CFC, które są powszechnie stosowane, ale cofają się, obejmują R-11 i R-12 .

Nowsze czynniki chłodnicze o zmniejszonym efekcie niszczenia warstwy ozonowej, takie jak HCFC ( R-22 , stosowane obecnie w większości domów) i HFC ( R-134a , stosowane w większości samochodów) zastąpiły większość CFC. Z kolei HCFC są wycofywane na mocy protokołu montrealskiego i zastępowane przez wodorofluorowęglowodory (HFC), które nie zawierają atomów chloru . Mały przykład powszechnie używanych HFC: R-410A (który sam w sobie jest mieszanką innych HFC: R-32 i R-125 ) ; zaprojektowany jako bezpośredni zamiennik R-22 w istniejących instalacjach i R-404A (mieszanka HFC: R-125 , R-134a i R-143a ) i został opracowany jako zamiennik czynnika chłodniczego dla R-502 i R -22 ). Jednak wszystkie CFC, HCFC i HFC mają bardzo duży potencjał tworzenia efektu cieplarnianego (GWP).

Bardziej łagodne czynniki chłodnicze są obecnie przedmiotem badań, takie jak dwutlenek węgla w stanie nadkrytycznym , znany jako R-744 . Mają one podobną skuteczność [ potrzebne źródło ] w porównaniu z istniejącymi związkami opartymi na CFC i HFC i mają o wiele rzędów wielkości niższy potencjał globalnego ocieplenia. Ogólny przemysł i organy zarządzające naciskają na czynniki chłodnicze bardziej przyjazne dla GWP. W warunkach przemysłowych amoniak oraz gazy takie jak etylen , propan , izobutan i inne węglowodory są powszechnie stosowane (i mają własne zwyczajowe numery Rx), w zależności od wymaganych temperatur i ciśnień. Wiele z tych gazów jest niestety łatwopalnych, wybuchowych lub toksycznych; ograniczenie ich użycia (tj. dobrze kontrolowane środowisko przez wykwalifikowany personel lub bardzo mała ilość używanego czynnika chłodniczego). HFO, które można uznać za HFC, w których niektóre wiązania węgiel-węgiel są podwójnymi wiązaniami, obiecują obniżenie GWP na bardzo niskim poziomie, aby nie budzić dalszych obaw. W międzyczasie stosuje się różne mieszanki istniejących czynników chłodniczych, aby osiągnąć wymagane właściwości i wydajność, przy rozsądnych kosztach i niższym GWP.

Analiza termodynamiczna układu

Rysunek 2: Wykres temperatury – entropii

Termodynamikę cyklu sprężania pary można przeanalizować na wykresie zależności temperatury od entropii , jak pokazano na rysunku 2. W punkcie 1 na schemacie krążący czynnik chłodniczy wpływa do sprężarki w postaci przegrzanej pary o niskiej temperaturze i niskim ciśnieniu. Od punktu 1 do punktu 2 para jest izentropowo (sprężana przy stałej entropii) i opuszcza sprężarkę jako przegrzana para pod wysokim ciśnieniem i w wysokiej temperaturze. Przegrzanie to ilość ciepła jawnego dodanego do pary powyżej nasycenia (temperatura wrzenia).

Od punktu 2 do punktu 3 para przechodzi przez część skraplacza, która usuwa przegrzanie poprzez schładzanie pary. Pomiędzy punktem 3 a punktem 4 para przechodzi przez pozostałą część skraplacza i skrapla się do postaci przechłodzonej cieczy o wysokiej temperaturze i wysokim ciśnieniu. Przechłodzenie to ilość ciepła jawnego usuniętego z cieczy poniżej nasycenia (temperatura wrzenia). Proces skraplania zachodzi przy zasadniczo stałym ciśnieniu.

Pomiędzy punktami 4 i 5 przechłodzony ciekły czynnik chłodniczy przechodzi przez zawór rozprężny i ulega gwałtownemu spadkowi ciśnienia. Proces ten powoduje adiabatyczne odparowanie błyskawiczne i samoczynne schłodzenie części cieczy (zwykle mniej niż połowa cieczy błyska). Proces adiabatycznego odparowania błyskawicznego jest izentalpiczny (występuje przy stałej entalpii ).

Pomiędzy punktami 5 i 1 zimny i częściowo odparowany czynnik chłodniczy przepływa przez wężownicę lub rurki w parowniku, gdzie jest całkowicie odparowywany przez ciepłe powietrze (z chłodzonej przestrzeni), które przepływa przez wentylator przez wężownicę lub rurki w parowniku. Parownik działa przy zasadniczo stałym ciśnieniu i odparowuje całą dostępną ciecz po dodaniu 4–8 kelwinów przegrzania do czynnika chłodniczego, aby upewnić się, że ciecz całkowicie odparowała. Jest to zabezpieczenie sprężarki, ponieważ nie może ona pompować cieczy. Powstała przegrzana para powraca do sprężarki wlot w punkcie 1, aby zakończyć cykl termodynamiczny.

Powyższe omówienie opiera się na idealnym cyklu chłodzenia ze sprężaniem pary, który nie uwzględnia rzeczywistych elementów, takich jak spadek ciśnienia tarcia w układzie, niewielka wewnętrzna nieodwracalność podczas sprężania oparów czynnika chłodniczego lub nieidealne zachowanie gazu (jeśli występuje) ).

Rodzaje sprężarek gazu

Główny artykuł: sprężarka gazu

Najbardziej powszechnymi sprężarkami stosowanymi w chłodnictwie są sprężarki tłokowe i spiralne , ale duże agregaty chłodnicze lub cykle przemysłowe mogą wykorzystywać sprężarki śrubowe lub odśrodkowe . Każda aplikacja preferuje jedną lub drugą ze względu na rozmiar, hałas, wydajność i problemy z ciśnieniem. Sprężarki są często opisywane jako otwarte, hermetyczne lub półhermetyczne, aby opisać położenie sprężarki i/lub silnika w stosunku do sprężanego czynnika chłodniczego. Różne typy silników/sprężarek mogą prowadzić do następujących konfiguracji:

  • Hermetyczny silnik, hermetyczna sprężarka
  • Silnik hermetyczny, sprężarka półhermetyczna
  • Otwarty silnik (napędzany paskiem lub blisko sprzężony), sprężarka hermetyczna
  • Otwarty silnik (napędzany paskiem lub blisko sprzężony), sprężarka półhermetyczna

Zazwyczaj w hermetycznych i większości półhermetycznych sprężarek (czasami nazywanych dostępnymi sprężarkami hermetycznymi) sprężarka i silnik napędzający sprężarkę są zintegrowane i działają w układzie chłodniczym. Silnik jest hermetyczny i jest przeznaczony do pracy i chłodzenia sprężonym czynnikiem chłodniczym. Oczywistą wadą hermetycznych sprężarek silnikowych jest to, że napęd silnikowy nie może być konserwowany na miejscu, aw przypadku awarii silnika należy zdemontować całą sprężarkę. Kolejną wadą jest to, że spalone uzwojenia mogą zanieczyścić całe układy chłodnicze, co wymaga całkowitego odpompowania układu i wymiany czynnika chłodniczego.

Sprężarka otwarta posiada napęd silnikowy, który znajduje się poza układem chłodniczym i zapewnia napęd sprężarce za pomocą wału wejściowego z odpowiednimi uszczelnieniami dławikowymi. Otwarte silniki sprężarek są zwykle chłodzone powietrzem i można je dość łatwo wymienić lub naprawić bez odgazowywania układu chłodniczego. Wadą tego typu sprężarek jest awaria uszczelnień wału, prowadząca do utraty czynnika chłodniczego.

Sprężarki z otwartym silnikiem są na ogół łatwiejsze do schłodzenia (przy użyciu powietrza z otoczenia), a zatem są zwykle prostsze w konstrukcji i bardziej niezawodne, zwłaszcza w zastosowaniach wysokociśnieniowych, w których temperatura sprężonego gazu może być bardzo wysoka. Jednak zastosowanie wtrysku cieczy do dodatkowego chłodzenia może ogólnie rozwiązać ten problem w większości hermetycznych sprężarek silnikowych.

Sprężarki tłokowe

Sprężarka tłokowa
Główny artykuł: Sprężarka tłokowa

Sprężarki tłokowe to sprężarki tłokowe, wyporowe.

Sprężarki śrubowe

Sprężarka śrubowa Lysholm
Główny artykuł: Sprężarka śrubowa

Sprężarki śrubowe są również sprężarkami wyporowymi. Dwa zazębione wirniki śrubowe obracają się w przeciwnych kierunkach, zatrzymując opary czynnika chłodniczego i zmniejszając objętość czynnika chłodniczego wzdłuż wirników do punktu wylotowego.

Małe jednostki nie są praktyczne ze względu na przeciek wsteczny, ale duże jednostki mają bardzo wysoką wydajność i przepustowość.

Sprężarki odśrodkowe

Zasada odśrodkowa
Główny artykuł: Sprężarka odśrodkowa

Sprężarki odśrodkowe są sprężarkami dynamicznymi. Sprężarki te podnoszą ciśnienie czynnika chłodniczego poprzez nadawanie prędkości lub energii dynamicznej za pomocą obracającego się wirnika i przekształcanie jej w energię ciśnienia.

Skok sprężarki odśrodkowej

Agregaty chłodnicze ze sprężarkami odśrodkowymi mają „Mapę sprężarki odśrodkowej”, która pokazuje „linię wzrostu” i „linię ssania”. Dla tych samych wartości znamionowych wydajności, w szerszym zakresie warunków pracy, agregaty chłodnicze ze sprężarką o mniejszej średnicy o większej średnicy mają szerszą „mapę sprężarek odśrodkowych” i są mniej narażone na gwałtowne przepięcia niż te z tańszymi sprężarkami o mniejszej średnicy i większej prędkości . Sprężarki o mniejszej średnicy i wyższej prędkości mają bardziej płaską krzywą.,

Wraz ze spadkiem natężenia przepływu czynnika chłodniczego niektóre sprężarki zmieniają szczelinę między wirnikiem a osłoną spiralną, aby utrzymać prawidłową prędkość i uniknąć gwałtownych wzrostów.

Sprężarki spiralne

Rysunek 4: Zasada działania sprężarki spiralnej
Główny artykuł: Sprężarka spiralna

Sprężarki spiralne są również sprężarkami wyporowymi. Czynnik chłodniczy jest sprężany, gdy jedna spirala krąży wokół drugiej nieruchomej spirali, tworząc coraz mniejsze kieszenie i wyższe ciśnienie. Do czasu opróżnienia czynnika chłodniczego znajduje się on pod pełnym ciśnieniem.

Inni

Główne artykuły: Sprężarka membranowa , Sprężarka osiowa , Sprężarka diagonalna lub o przepływie mieszanym , Sprężarka z pierścieniem cieczowym , Dmuchawa Rootsa

Smarowanie sprężarki

W celu smarowania ruchomych części sprężarki podczas instalacji lub uruchamiania do czynnika chłodniczego dodaje się olej. Rodzaj oleju może być mineralny lub syntetyczny w zależności od typu sprężarki, a także dobrany tak, aby nie reagował z rodzajem czynnika chłodniczego i innymi składnikami układu. W małych systemach chłodniczych olej może krążyć w całym obwodzie, ale należy zwrócić uwagę na zaprojektowanie rurociągów i komponentów w taki sposób, aby olej mógł spływać grawitacyjnie do sprężarki. W większych, bardziej rozproszonych systemach, zwłaszcza w chłodnictwie detalicznym, olej jest zwykle wychwytywany w separatorze oleju bezpośrednio za sprężarką, a następnie ponownie dostarczany przez system zarządzania poziomem oleju z powrotem do sprężarki (sprężarek). Odolejacze nie są w 100% wydajne, więc orurowanie systemu musi być tak zaprojektowane, aby olej mógł spływać grawitacyjnie do odolejacza lub sprężarki.

Niektóre nowsze technologie sprężarek wykorzystują łożyska magnetyczne lub powietrzne i nie wymagają smarowania, na przykład seria sprężarek odśrodkowych Danfoss Turbocor. Unikanie konieczności smarowania olejem oraz wymagań projektowych i urządzeń pomocniczych z tym związanych upraszcza konstrukcję układu chłodniczego, zwiększa współczynnik przenikania ciepła w parownikach i skraplaczach, eliminuje ryzyko zanieczyszczenia czynnika chłodniczego olejem i zmniejsza wymagania konserwacyjne.

Kontrola

W prostych komercyjnych systemach chłodniczych sprężarka jest zwykle sterowana za pomocą prostego przełącznika ciśnienia, a rozprężanie odbywa się za pomocą rurki kapilarnej lub termicznego zaworu rozprężnego . W bardziej złożonych systemach, w tym w instalacjach z wieloma sprężarkami, typowe jest stosowanie sterowania elektronicznego z regulowanymi wartościami zadanymi do sterowania ciśnieniem, przy którym sprężarki włączają się i wyłączają, oraz kontrolą temperatury za pomocą elektronicznych zaworów rozprężnych.

Oprócz sterowania operacyjnego, zwykle stosuje się oddzielne przełączniki wysokiego i niskiego ciśnienia, aby zapewnić dodatkową ochronę sprężarek i innych elementów systemu przed pracą poza bezpiecznymi parametrami.

W bardziej zaawansowanych elektronicznych systemach sterowania, wykorzystujące ciśnienie w głowicy pływającej i proaktywne ciśnienie ssania, procedury kontrolne umożliwiają regulację pracy sprężarki w celu dokładnego spełnienia różnych wymagań dotyczących chłodzenia przy jednoczesnym zmniejszeniu zużycia energii.

Inne funkcje i interesujące fakty

Schemat ideowy jednostopniowego układu chłodniczego pokazany na rysunku 1 nie obejmuje innych elementów wyposażenia, które byłyby zapewnione w dużym komercyjnym lub przemysłowym układzie chłodniczym ze sprężaniem oparów, takich jak:

  • Poziome lub pionowe naczynie ciśnieniowe , wyposażone wewnętrznie w odmgławiacz , pomiędzy parownikiem a wlotem sprężarki w celu wychwytywania i usuwania wszelkich resztek, porwanych cieczy w oparach czynnika chłodniczego, ponieważ ciecz może uszkodzić sprężarkę. Takie separatory pary i cieczy nazywane są najczęściej „akumulatorami linii ssących”. (W innych procesach przemysłowych nazywane są „bębnami ssącymi sprężarek” lub „kotłami do wybijania”).
  • Duże komercyjne lub przemysłowe systemy chłodnicze mogą mieć wiele zaworów rozprężnych i wiele parowników w celu chłodzenia wielu zamkniętych przestrzeni lub pomieszczeń. W takich systemach skroplony ciekły czynnik chłodniczy może być kierowany do zbiornika ciśnieniowego, zwanego odbiornikiem, z którego ciekły czynnik chłodniczy jest odprowadzany i kierowany wieloma rurociągami do wielu zaworów rozprężnych i parowników.
  • Filtry osuszacze, instalowane przed sprężarkami w celu wychwytywania wilgoci lub zanieczyszczeń w układzie, a tym samym ochrony sprężarek przed uszkodzeniami wewnętrznymi
  • Niektóre agregaty chłodnicze mogą mieć wiele stopni, co wymaga użycia wielu sprężarek w różnych układach.

W większości krajów świata wydajność chłodnicza systemów chłodniczych jest mierzona w watach . Typowe jednostki klimatyzacyjne do mieszkań mają moc od 3,5 do 18 kilowatów . W kilku krajach jest mierzona w „ tonach chłodniczych ”, przy zwykłych klimatyzatorach mieszkaniowych od około 1 do 5 ton chłodniczych.

Aplikacje

Zastosowanie w chłodnictwie Krótkie opisy Stosowane typowe czynniki chłodnicze
Chłodnictwo domowe Urządzenia służące do przechowywania żywności w jednostkach mieszkalnych R-600a, R-134a, R-22 ,
Chłodnictwo komercyjne Przechowywanie i eksponowanie mrożonek i świeżej żywności w punktach sprzedaży detalicznej R-134a, R-404A, R-507
Przetwórstwo spożywcze i chłodnie Sprzęt do konserwowania, przetwarzania i przechowywania żywności od źródła do punktu dystrybucji hurtowej R-123, R-134a, R-407C, R-410A, R-507
Chłodnictwo przemysłowe Duży sprzęt, zwykle o mocy od 25 kW do 30 MW, używany do przetwarzania chemicznego, przechowywania w chłodniach, przetwarzania żywności, budownictwa oraz ciepłownictwa i chłodzenia R-123, R-134a, R-404A, R-407C, R-507, R-717
Chłodnictwo transportowe Sprzęt do konserwacji i przechowywania towarów, głównie artykułów spożywczych, podczas transportu drogowego, kolejowego, lotniczego i morskiego R-134a, R-407C, R-410A
Chłodzenie elektroniczne Niskotemperaturowe chłodzenie obwodów CMOS i innych komponentów w dużych komputerach i serwerach R-134a, R-404A, R-507
Chłodzenie medyczne   R-134a, R-404A, R-507
Chłodzenie kriogeniczne   Etylen , propan , azot , hel
Rysunek 5: Komercyjna instalacja agregatu wody lodowej chłodzonej wodą do klimatyzacji budynków

Analiza ekonomiczna

Zalety

  • Bardzo dojrzała technologia.
  • Stosunkowo niedrogie.
  • Może być napędzany bezpośrednio energią mechaniczną (woda, silnik samochodu lub ciężarówki) lub energią elektryczną.
  • Wydajność do 60% teoretycznego limitu Carnota (oszacowana w warunkach testowych ASHRAE : temperatura parowania -23,3 ° C, temperatura skraplania 54,4 ° C i temperatura otoczenia 32 ° C) [ potrzebne źródło ] w oparciu o niektóre z najlepszych dostępne na rynku sprężarki, produkowane przez producentów Danfoss , Matsushita , Copeland , Embraco , Bristol i Tecumseh . Jednak wiele systemów chłodniczych wykorzystuje sprężarki o niższej sprawności, wynoszącej od 40 do 55%, ponieważ te o sprawności 60% kosztują prawie dwa razy więcej niż te o niższej sprawności.

Niedogodności

W wielu systemach nadal stosuje się czynniki chłodnicze HCFC , które przyczyniają się do zubożenia warstwy ozonowej Ziemi . W krajach przestrzegających protokołu montrealskiego HCFC mają być stopniowo wycofywane iw dużej mierze zastępowane przez przyjazne dla warstwy ozonowej HFC . Jednak systemy wykorzystujące czynniki chłodnicze HFC są zwykle nieco mniej wydajne niż systemy wykorzystujące HCFC. HFC mają również niezwykle duży potencjał globalnego ocieplenia , ponieważ pozostają w atmosferze przez wiele lat i zatrzymują ciepło skuteczniej niż dwutlenek węgla .

Ponieważ ostateczne wycofanie HCFC jest już pewne, alternatywne czynniki chłodnicze nie będące haloalkanami zyskują na popularności. W szczególności raz porzucone czynniki chłodnicze, takie jak węglowodory ( na przykład butan ) i CO2 , wracają do szerszego zastosowania. Na przykład automaty Coca-Coli podczas Mistrzostw Świata FIFA 2006 w Niemczech wykorzystywały chłodzenie wykorzystujące CO 2 . Amoniak (NH 3 ) jest jednym z najstarszych czynników chłodniczych, o doskonałych parametrach i zasadniczo bez problemów związanych z zanieczyszczeniem. Amoniak ma jednak dwie wady: jest toksyczny i niekompatybilny z rurami miedzianymi.

Historia

Schemat mechanicznej maszyny do lodu dr Johna Gorriego z 1841 roku.

W 1805 roku amerykański wynalazca Oliver Evans opisał zamknięty obieg chłodniczy ze sprężaniem pary do produkcji lodu za pomocą eteru pod próżnią. Ciepło byłoby usuwane z otoczenia poprzez recykling odparowanego czynnika chłodniczego, gdzie przepływałoby przez sprężarkę i skraplacz , i ostatecznie powracałoby do postaci płynnej, aby ponownie powtórzyć proces chłodzenia. Jednak żadna taka jednostka chłodnicza nie została zbudowana przez Evansa.

W 1834 roku amerykański emigrant do Wielkiej Brytanii, Jacob Perkins , zbudował pierwszy na świecie działający system chłodniczy ze sprężaniem pary. Był to cykl zamknięty, który mógł działać w sposób ciągły, jak opisał w swoim patencie:

Mam możliwość używania lotnych płynów w celu ich chłodzenia lub zamrażania, a jednocześnie ciągłego skraplania takich lotnych płynów i przywracania ich do działania bez marnotrawstwa.

Jego prototypowy system działał, chociaż nie odniósł sukcesu komercyjnego.

Podobną próbę podjął w 1842 roku amerykański lekarz John Gorrie , który zbudował działający prototyp, ale zakończyła się ona komercyjną porażką. Amerykański inżynier Alexander Twining uzyskał brytyjski patent w 1850 roku na system sprężania oparów wykorzystujący eter.

Urządzenie do robienia lodu Ferdinanda Carré .

Pierwszy praktyczny system chłodniczy wykorzystujący sprężanie oparów został zbudowany przez Jamesa Harrisona , brytyjskiego dziennikarza, który wyemigrował do Australii . Jego patent z 1856 roku dotyczył systemu sprężania oparów przy użyciu eteru, alkoholu lub amoniaku. Zbudował mechaniczną maszynę do produkcji lodu w 1851 roku nad brzegiem rzeki Barwon w Rocky Point w Geelong w stanie Wiktoria , a swoją pierwszą komercyjną maszynę do produkcji lodu pojawił się w 1854 roku. Harrison wprowadził również komercyjne chłodzenie parowe do browarów i pakowania mięsa domów, a do 1861 roku kilkanaście jego systemów działało w Australii i Anglii.

Pierwszy gazowy absorpcyjny system chłodniczy wykorzystujący gazowy amoniak rozpuszczony w wodzie (określany jako „wodny amoniak”) został opracowany przez Ferdinanda Carré z Francji w 1859 r. I opatentowany w 1860 r. Carl von Linde , profesor inżynierii na Uniwersytecie Technologicznym w Monachium w Niemczech, opatentował ulepszoną metodę skraplania gazów w 1876 roku. Jego nowy proces umożliwił wykorzystanie gazów takich jak amoniak , dwutlenek siarki SO 2 i chlorek metylu (CH 3 Cl) jako czynniki chłodnicze i były szeroko stosowane do tego celu aż do późnych lat dwudziestych XX wieku.

Zobacz też

Dalsza lektura

Linki zewnętrzne

Pobrane z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Vapor-compression_refrigeration&oldid=1137177537 ”