Hladilni stroj

Članki o hladilnih strojih

Hladilnik je toplotni stroj, ki deluje v obratni smeri. To pomeni, da toplotni stroj odvzema toploto iz območja z nizko temperaturo in jo odvaja v območje z visoko temperaturo. Da bi se ta proces zgodil, mora motor opraviti delo. Vendar pa toplota naravno teče le iz območja z visoko temperaturo v območje z nizko temperaturo. Toplota sama ne more teči iz območja z nizko temperaturo v območje z visoko temperaturo. To je v skladu s prej omenjeno Clausiusovo izjavo. Za proces, ki se dogaja v hladilniku, lahko prejšnjo Clausiusovo izjavo zapišemo takole:

Hladilni stroj (ki deluje v ciklu) ne more premakniti toplote iz mesta z nizko temperaturo v mesto z višjo temperaturo, ne da bi pri tem opravil delo ( drugi zakon termodinamike – Clausiusova trditev).

Poševno besedilo je posebna izjava drugega zakona termodinamike. Ta izjava velja samo za hladilne stroje. Proces spreminjanja oblike energije in prenosa eenergija na Hladilni stroj 1Hladilni stroj je videti kot spodnji diagram.

Stroj opravi delo (W), da odvzame toploto mestu z nizko temperaturo (QL ) in jo odda mestu z višjo temperaturo (QH ) . Na podlagi zakona o ohranitvi energije lahko sklepamo, da je QL + W = QH.

Če se pri toplotnih strojih uporablja izraz izkoristek, se pri hladilnih strojih uporablja izraz koeficient učinkovitosti (KK). Koeficient učinkovitosti (KK) hladilnega stroja je razmerje med toploto, preneseno iz mesta z nizko temperaturo (QL ) , in delom (W), opravljenim za prenos toplote. Matematično lahko to zapišemo takole:

Hladilni stroj 2

Če želite izraziti koeficient učinkovitosti hladilnega stroja v odstotkih, preprosto pomnožite to enačbo s 100 %. Koeficient učinkovitosti idealnega hladilnega stroja (Carnotov koeficient učinkovitosti hladilnega stroja):

Hladilni stroj 3

Pogosto uporabljamo več hladilnih naprav, vključno s hladilniki, klimatskimi napravami in toplotnimi črpalkami.

Hladilnik

Kondenzator = pretvarja paro v tekočino, kompresor = stisne. Hladilne tuljave so običajno nameščene v hladilniku, medtem ko so kondenzacijske tuljave nameščene zunaj hladilnika (na zadnji strani hladilnika).

V notranjosti tuljav je tekočina v faznem ravnovesju (obstaja v tekočem in parnem stanju). Ta tekočina je znana kot hladilno sredstvo. Hladilno sredstvo, ki se je v preteklosti pogosto uporabljalo, je bil freon. Freon se danes ne uporablja več, ker lahko njegovo sproščanje poškoduje ozonsko plast.

Kompresorski motor (ki ga poganja elektrika) vsesava hladilno sredstvo (v obliki pare) in ga adiabatno stisne. Zaradi adiabatne kompresije se temperatura pare poveča. Z naraščanjem temperature se poveča tudi tlak pare. Temperaturna razlika med kompresorjem (visoka temperatura) in kondenzatorjem (nizka temperatura) povzroči, da visokotemperaturna in visokotlačna para teče skozi tuljave kondenzatorja, ki se nahajajo na zadnji strani hladilnika.

Temperatura pare je višja od temperature okoliškega zraka, zato para, ko teče skozi tuljavo kondenzatorja, oddaja toploto okoliškemu zraku. Ker jo kondenzator kondenzira, se para ohladi in spremeni v tekočino. Ko teče skozi ekspanzijski ventil, se hladilno sredstvo, ki se je spremenilo v tekočino, adiabatno razširi. Zaradi adiabatnega raztezanja se tekočina ohladi (njena temperatura se zniža). Hladna tekočina teče znotraj tuljav v hladilniku. Ker je tekočina v tuljavah hladnejša od zraka v hladilniku, tekočina absorbira toploto, dokler se hladilno sredstvo ne spremeni v paro (tekočina absorbira toploto v hladilniku). Hladilno sredstvo, ki se je spremenilo v paro, posesa kompresorski motor in ga adiabatno stisne. In tako naprej ... (postopek se ponovi). Ker se toplota v hladilniku premakne v tekočino znotraj tuljav, se hladilnik ohladi.

Klimatska naprava

Čeprav je zasnova naprave drugačna, je osnovno načelo delovanja klimatske naprave podobno načelu delovanja hladilnika. V tem primeru je hladilnik prostor. Običajno so hladilne tuljave nameščene v prostoru, kondenzacijske tuljave pa zunaj. Za kondenzacijskimi tuljavami je ventilator. Naloga ventilatorja je preprosto uravnavanje kroženja zraka in pihanje kondenzacijskih tuljav, s čimer pospeši prenos toplote med kondenzacijskimi tuljavami in okoliškim zrakom. Nasprotno pa je za hladilnimi tuljavami puhalo, znano tudi kot ventilator. Njegova funkcija je podobna ventilatorju. Medtem ko ventilator piha kondenzacijske tuljave navzven in usmerja toploto v okoliški zrak, puhalo piha hladilne tuljave navznoter in širi hladen zrak po prostoru.

Toplotna črpalka

Toplotne črpalke se običajno uporabljajo v hladnih zimah. Načelo delovanja toplotne črpalke je podobno kot pri hladilniku. Razlika je v tem, da je hladilnik naprava, ki se uporablja za hlajenje prostora, toplotna črpalka pa za ogrevanje prostora. Medtem ko hladilnik opravlja delo, da absorbira toploto iz prostora (QL ) in jo sprosti navzven (QH ) , toplotna črpalka absorbira toploto od zunaj (QL ) in jo sprosti v prostor (QH ) . Dodana toplota povzroči, da se prostor segreje. Ko pride poletje, lahko toplotno črpalko obrnemo tako, da deluje kot klimatska naprava (AC).

Pustite komentar