Jak działa system chłodniczy?
Cykl chłodniczy sprężania pary (VCRC) jest najczęściej stosowanym cyklem chłodniczym na świecie. Jest używany do chłodzenia budynków, pojazdów, lodówek i zamrażarek, a także do zapewnienia chłodzenia w wielu procesach przemysłowych. Ale jak to działa?
Cykl sprężania pary to proces, który wykorzystuje czynnik chłodniczy do chłodzenia i usuwania ciepła z przestrzeni. Czynnik chłodniczy krąży przez cztery główne komponenty: sprężarkę, skraplacz, zawór rozprężny (urządzenie dozujące) i parownik.
Typowy system chłodniczy
W sprężarce para czynnika chłodniczego jest sprężana do wyższej temperatury i ciśnienia. Następnie para czynnika chłodniczego o wysokim ciśnieniu jest odprowadzana do skraplacza, gdzie ciepło jest przekazywane z czynnika chłodniczego do medium zewnętrznego, co powoduje obniżenie temperatury czynnika chłodniczego i zmianę jego stanu na ciecz o wysokim ciśnieniu.
Ciecz czynnika chłodniczego przepływa następnie przez zawór rozprężny, który zmniejsza jego ciśnienie, powodując częściowe odparowanie; w wyniku tego z zaworu rozprężnego wydostaje się mieszanina cieczy i pary czynnika chłodniczego.
.png)
Cykl chłodniczy sprężania pary (VCRC)
Mieszanina następnie przepływa do parownika i jest ogrzewana przez medium zewnętrzne (zwykle wodę). Czynnik chłodniczy pochłania ciepło z medium zewnętrznego, co powoduje wzrost jego temperatury aż do odparowania i zmiany stanu z cieczy o niskim ciśnieniu na parę o niskim ciśnieniu. Pochłanianie ciepła przez czynnik chłodniczy powoduje obniżenie temperatury medium zewnętrznego, co skutkuje efektem chłodzenia. Po schłodzeniu medium zewnętrznego można je przepompować do innej lokalizacji i użyć do usunięcia ciepła z przestrzeni.
Po parowniku para czynnika chłodniczego o niskim ciśnieniu wraca do sprężarki i cykl się powtarza.
Jakie są główne części chłodziarki?
Główne części chłodziarki są wymienione poniżej.
Obwód wody lodowej
Ciepło jest odprowadzane z procesu lub budynku i przekazywane do parownika. Parownik wykorzystuje ciepło z wody lodowej do zagotowania cieczy czynnika chłodniczego zawartego w parowniku. W miarę odparowywania czynnika chłodniczego, woda chłodząca jest chłodzona (chłodzenie wyparne).
Parownik
Parownik to wymiennik ciepła typu płaszczowo-rurowego. Ciecz czynnika chłodniczego zanurza rury i jest określana jako płyn po stronie płaszcza. Woda lodowa przepływa przez rury i jest określana jako płyn po stronie rur. Ciecz czynnika chłodniczego o niskim ciśnieniu jest ogrzewana przez napływającą wodę lodową, aż do zagotowania i przekształcenia się w gaz o niskim ciśnieniu. Woda lodowa jest chłodzona w miarę odparowywania czynnika chłodniczego.
Woda lodowa jest często pobierana z obszarów ogrzewania komfortowego (wewnątrz budynku), procesu przemysłowego lub serwerowni, ale zastosowania są liczne.
Sprężarka
Sprężarka zwiększa gęstość odparowanego gazu czynnika chłodniczego. W miarę wzrostu gęstości gazu czynnika chłodniczego, wzrasta również jego temperatura. Sprężarki czynnika chłodniczego dla dużych chłodziarek są zwykle typu sprężarki odśrodkowej, tłokowej lub zębatej; mniejsze sprężarki wykorzystują konstrukcje sprężarek łopatkowych lub spiralnych.
Silnik
Głównym napędem dla sprężarki jest silnik elektryczny. Małe sprężarki mogą być napędzane silnikami jednofazowymi, ale większe sprężarki chłodnicze są napędzane silnikami prądu przemiennego (AC) trójfazowymi.
Skraplacz
Gaz czynnika chłodniczego o wysokim ciśnieniu ze sprężarki jest odprowadzany do skraplacza. Skraplacz jest zwykle typu wymiennika ciepła płaszczowo-rurowego. Gaz czynnika chłodniczego jest płynem po stronie płaszcza, podczas gdy woda chłodząca (woda skraplacza) jest płynem po stronie rur.
Gaz czynnika chłodniczego o wysokim ciśnieniu jest chłodzony przez obwód wody chłodzącej, co powoduje kondensację gazu do cieczy o wysokim ciśnieniu; ciecz czynnika chłodniczego jest następnie odprowadzana do zaworu rozprężnego, a następnie do parownika.
Zawór rozprężny
Ciecz czynnika chłodniczego o wysokim ciśnieniu jest odprowadzana do parownika przez zawór rozprężny. Zawory rozprężne zmniejszają ciśnienie, obniżają temperaturę i zwiększają objętość cieczy czynnika chłodniczego. Ze względu na redukcję ciśnienia, ciecz czynnika chłodniczego o wysokim ciśnieniu wchodzi do parownika w stanie pary.
Skrzynka sterownicza
Elektronika (i zwykle schematy okablowania) niezbędne do sterowania jednostką chłodniczą są umieszczone w skrzynce sterowniczej. Czujniki temperatury, ciśnienia, przepływu i poziomu przekazują informacje do skrzynki sterowniczej. Skrzynka sterownicza kontroluje, kiedy silnik sprężarki jest włączany/wyłączany, a także działa jako alarm lub wyłącza jednostkę w przypadku wystąpienia problemu operacyjnego.
Nowoczesne silniki wykorzystują napędy o zmiennej częstotliwości (VFD); zmiana częstotliwości zmienia prędkość silnika, a tym samym sprężarki. VFD są przydatne, ponieważ nie jest konieczne tak częste włączanie i wyłączanie sprężarki, co wydłuża jej żywotność, a także zapewnia lepszą kontrolę nad wydajnością chłodzenia systemu chłodniczego.
Dodatkowe zasoby
https://en.wikipedia.org/wiki/Chiller
https://energy-models.com/chiller-plant-design
https://blog.senseware.co/2017/11/16/ultimate-guide-chiller-systems