Kælivél

Greinar um kælivélar

Ísskápur er varmavél sem virkar öfugt. Varmavél tekur því varma frá lághitasvæði og sendir hann til háhitasvæðis. Til þess að þetta ferli geti átt sér stað verður vélin að framkvæma vinnu. Hins vegar streymir varmi náttúrulega aðeins frá háhitasvæði til lághitasvæðis. Varmi getur ekki flætt sjálfur frá lághitasvæði til háhitasvæðis. Þetta er í samræmi við Clausius-fullyrðinguna sem áður var rædd. Fyrir ferlið sem á sér stað í ísskáp má rita fyrri Clausius-fullyrðinguna á eftirfarandi hátt:

Það er ómögulegt fyrir kælivél (sem virkar í hringrás) að flytja varma frá lághitasvæði yfir á hátthitasvæði án þess að það fylgi vinna (Annað lögmál varmafræðinnar – Yfirlýsing Klausiusar).

Skáletraður texti er sérstök yfirlýsing um annað lögmál varmafræðinnar. Þessi yfirlýsing á aðeins við um kælivélar. Ferlið við að breyta formi orku og flytja rafmagn.orka á Kælivélin lítur út eins og á myndinni hér að neðan.

Vélin vinnur vinnu (W) til að taka varma frá lághitastað (Q)_L) og losar hitann á stað með háan hita (Q_H). Byggt á varðveislu orkunnar má álykta að Q_L + W = Q_H.

Ef hugtakið skilvirkni er notað í hitavélum, þá er í kælivélum hugtakið afkastastuðull (KK). Afkastastuðull (KK) kælivélar er hlutfallið á milli varma sem flyst frá lághitasvæði (Q_L) með vinnunni (W) sem unnin er til að flytja varmann. Stærðfræðilega má rita þetta svona:

Ef þú vilt tákna afkastastuðul kælivélar í prósentum, margfaldaðu þá jöfnu með 100%. Afkastastuðull hugsjónar kælivélar (Carnot-afkastastuðull kælivélar):

Það eru nokkrar kælivélar sem við notum almennt, þar á meðal ísskápar, loftkælingar og hitadælur.

Kulkas

Þétti = breytir gufu í vökva, þjöppu = þjappar. Kælispírarnir eru venjulega staðsettir inni í ísskápnum en þéttispírarnir eru staðsettir fyrir utan ísskápinn (aftan á ísskápnum).

Inni í spólunum er vökvi í jafnvægisfasa (í fljótandi og gufuformi). Þessi vökvi er þekktur sem kælimiðill. Algengt kælimiðill sem notaður var áður fyrr var freon. Freon er ekki lengur notað í dag þar sem losun þess getur skemmt ósonlagið.

Þjöppumótorinn (knúinn rafmagni) dregur inn kælimiðil (í gufuformi) og þjappar honum saman á eigin spýtur. Vegna þessarar eigin spýtingar eykst hitastig gufunnar. Þegar hitastigið hækkar eykst einnig þrýstingur gufunnar. Hitamunurinn á milli þjöppunnar (hátt hitastig) og þéttisins (lágt hitastig) veldur því að háhita- og háþrýstingsgufan streymir í gegnum þéttispírana sem eru staðsettir aftan á ísskápnum.

Hitastig gufunnar er hærra en hitastig umhverfisloftsins, þannig að þegar hún streymir í gegnum þéttispíruna losar hún hita út í umhverfisloftið. Vegna þess að hún þéttist í þéttispírunni kólnar gufan og breytist í vökva. Þegar hún streymir í gegnum þenslulokann þenst kælimiðillinn, sem hefur breyst í vökva, út á eigin spýtur. Útþensla veldur því að vökvinn kólnar (hitastig hans lækkar). Kaldi vökvinn streymir inn í spíralana inni í ísskápnum. Vegna þess að vökvinn í spíralunum er kaldari en loftið í ísskápnum, frásogast hiti af vökvanum þar til kælimiðillinn breytist í gufu (vökvinn dregur í sig hita í ísskápnum). Kælimiðillinn sem hefur breyst í gufu er sogaður inn af þjöppumótornum og þjappað saman á eigin spýtur. Og svo framvegis… (ferlið endurtekur sig aftur). Vegna þess að hitinn inni í ísskápnum færist yfir í vökvann inni í spíralunum, kólnar ísskápurinn.

Loftkæling (AC)

Þó að hönnun tækisins sé ólík, þá er grunnvirkni loftkælingar svipað og ísskáps. Í þessu tilfelli er innihaldið ísskápur Herbergi. Venjulega eru kælispírarnir staðsettir innandyra en þéttispírarnir utandyra. Vifta er staðsett fyrir aftan þéttispírana. Hlutverk viftunnar er að stjórna loftrásinni og blása í þéttispírana, sem gerir kleift að flytja hita milli þéttispíranna og umhverfisloftsins hraðar. Aftur á móti er blásari staðsettur fyrir aftan kælispírana. Hlutverk hans er svipað og vifta. Á meðan vifta blæs þéttispírunum út og beinir hita að umhverfisloftinu, blæs blásarinn kælispírunum inn og gerir köldu lofti kleift að dreifast um herbergið.

Hitadæla

Hitadælur eru yfirleitt notaðar á köldum svæðum. Virkni hitadælu er svipuð og ísskáps. Munurinn er sá að ísskápur er tæki sem notað er til að kæla herbergi, en hitadæla er notuð til að hita herbergi. Ísskápur vinnur að því að fjarlægja hita úr herberginu (Q_L) og kasta því út fyrir herbergið (Q_H), þá tekur hitadælan hita utan úr herberginu (Q_L) og kasta því inn í herbergið (Q_HViðbótarhitinn veldur því að herbergið hlýnar. Þegar sumarið kemur er hægt að skipta hitadælunni yfir í loftkælingu (AC).