Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Не путать с переохлаждением .

Термин переохлаждение (также называемый переохлаждением ) относится к жидкости, имеющей температуру ниже ее нормальной точки кипения . Например, вода закипает при 373 К; при комнатной температуре (293 К) вода называется переохлажденной. Переохлажденная жидкость - это удобное состояние, в котором, скажем, хладагенты могут проходить оставшиеся стадии цикла охлаждения . [1] Обычно холодильная система имеет ступень переохлаждения, что позволяет техническим специалистам быть уверенными в том, что качество, при котором хладагент достигает следующего этапа цикла , является желаемым. В теплообменниках может происходить переохлаждение.и вне их. Будучи как подобными, так и обратными процессами, переохлаждение и перегрев важны для определения стабильности и хорошего функционирования холодильной системы. [2]

Приложения [ править ]

Работа расширительного клапана и безопасность компрессора [ править ]

Внутренний теплообменник может использовать перегрев для создания переохлаждения и наоборот.
Небольшая схема холодильной системы с механическим переохлаждением и перегревом в сочетании с внутренним теплообменником (IHX).

Переохлаждение обычно используется так, что когда хладагент достигает термостатического расширительного клапана, весь он находится в жидкой форме , что позволяет клапану работать должным образом. Если газ достигнет расширительного клапана, может произойти ряд нежелательных явлений. [3] Это может привести к поведению, аналогичному тому, что наблюдается с феноменом мгновенного испарения газа : проблемы в регулировании масла на протяжении всего цикла; [4] чрезмерное и ненужное неправильное использование мощности и трата электроэнергии ; неисправность и выход из строя нескольких компонентов в установке; нерегулярная работа систем в целом и, в случае отсутствия наблюдения, выход из строя оборудования.

Еще одно важное и распространенное применение переохлаждения - его косвенное использование в процессе перегрева. Перегрев в рабочем состоянии аналогичен переохлаждению, и оба процесса могут быть объединены с использованием внутреннего теплообменника. Переохлаждение здесь служит само по себе от перегрева и наоборот, позволяя теплу течь от хладагента с более высоким давлением (жидкость) к хладагенту с более низким давлением (газ). Это создает энергетический эквивалент явления переохлаждения и перегрева при отсутствии потерь энергии . Обычно переохлажденная жидкость горячее, чем перегретый хладагент, что обеспечивает поток энергии в нужном направлении. Перегрев критичен для работы компрессоровпоскольку система, в которой она отсутствует, может обеспечивать компрессор жидко-газовой смесью , ситуация, которая обычно приводит к разрушению газового компрессора, поскольку жидкость несжимаема. Это делает переохлаждение простым и широко распространенным источником тепла для процесса перегрева.

Оптимизация системы и энергосбережение [ править ]

Допущение процесса переохлаждения за пределами конденсатора (как в случае с внутренним теплообменником) - это метод использования всей теплообменной способности конденсаторного устройства . В огромной части холодильных систем часть конденсатора используется для переохлаждения, что, хотя и очень эффективно и просто, может рассматриваться как фактор, уменьшающий номинальную мощность конденсации. Аналогичная ситуация может быть обнаружена с перегревом в испарителе, поэтому внутренний теплообменник является хорошим и относительно дешевым решением для максимизации теплообменной способности .

Еще одно широко распространенное применение переохлаждения - повышение и экономия . В противоположность перегреву, переохлаждению или количеству тепла, отводимого от жидкого хладагента в процессе переохлаждения, проявляется увеличение холодопроизводительности системы. Это означает, что любой дополнительный отвод тепла после конденсации (переохлаждение) обеспечивает более высокий коэффициент поглощения тепла на последующих этапах цикла . Перегрев имеет прямо противоположный эффект. Один только внутренний теплообменник не может увеличить производительность системы, потому что усиливающий эффект переохлаждения ослабляется перегревом, в результате чего чистый прирост производительности равен нулю. Некоторые системы способны перемещать хладагент и / или отводить тепло с меньшими затратами энергии.потому что они делают это с жидкостями под высоким давлением, которые позже охлаждают или переохлаждают жидкости с более низким давлением (которые труднее охладить).

Естественное и искусственное переохлаждение [ править ]

Процесс переохлаждения может происходить по-разному; следовательно, можно различать разные части, в которых происходит процесс. Обычно под переохлаждением понимается величина падения температуры, которую легко измерить, но можно говорить о переохлаждении в терминах общего отводимого тепла. Наиболее широко известным переохлаждением является переохлаждение конденсатора , которое обычно известно как общее падение температуры, которое происходит внутри конденсатора сразу после того, как жидкость полностью конденсируется, пока она не покинет конденсаторную установку.

Переохлаждение конденсатора обычно отличается от полного переохлаждения, потому что после конденсатора по всему трубопроводу хладагент может естественным образом охладиться еще больше, прежде чем он попадет к расширительному клапану, но также из-за искусственного переохлаждения . [3] Общее переохлаждение - это полное падение температуры хладагента от его фактической температуры конденсации до конкретной температуры, которую он имеет при достижении расширительного клапана: это эффективное переохлаждение.

Естественное переохлаждение - это обычно название падения температуры внутри конденсатора (переохлаждение конденсатора) в сочетании с падением температуры, происходящим только по трубопроводу, за исключением теплообменников любого типа. При отсутствии механического переохлаждения ( например , внутреннего теплообменника) естественное переохлаждение должно равняться общему переохлаждению. [5] С другой стороны, механическое переохлаждение - это температура, пониженная любым искусственным процессом, который преднамеренно используется для создания переохлаждения. [1] Эта концепция в основном относится к таким устройствам, как внутренние теплообменники, независимые каскады переохлаждения, экономайзеры или бустеры.

Экономайзер и энергоэффективность [ править ]

Явление переохлаждения тесно связано с эффективностью холодильных систем. Это привело к большому количеству исследований в этой области. Наибольший интерес вызывает тот факт, что некоторые системы работают в лучших условиях, чем другие, из-за лучшего (более высокого) рабочего давления, а компрессоры, которые участвуют в контуре переохлаждения, обычно более эффективны, чем компрессоры, в которых жидкость переохлаждена. .

Строятся винтовые компрессоры с экономайзером [6], которые требуют особой тонкости производства. Эти системы способны впрыскивать хладагент, который поступает из внутреннего теплообменника вместо основного испарителя, в последнюю часть компрессионных винтов. [ необходима цитата ]В названном теплообменнике жидкий хладагент под высоким давлением переохлажден, что приводит к механическому переохлаждению. Также существует огромное количество систем, встраиваемых в бустерные дисплеи. Это похоже на экономию, поскольку известно, что эффективность одного из компрессоров (тот, который работает с более высоким давлением) выше, чем у другого (компрессоры, работающие с более низким давлением). Экономайзеры и бустерные системы обычно различаются тем, что первые могут производить такое же переохлаждение, используя только один компрессор, способный экономить, вторые системы должны выполнять процесс с двумя отдельными компрессорами.

Помимо повышения и экономии, можно производить каскадные системы переохлаждения, способные переохлаждать жидкость с помощью аналогичной и отдельной системы. Эта процедура является сложной и дорогостоящей, поскольку включает использование всей системы (с компрессорами и всем оборудованием) только для переохлаждения. Тем не менее, эта идея вызвала некоторое расследование, поскольку есть некоторые предполагаемые преимущества. Кроме того, Министерство энергетики США выпустило Федеральное технологическое предупреждение, в котором упоминается переохлаждение хладагента как надежный способ повышения производительности систем и экономии энергии. [7] Создание такой системы, независимой от основной системы и коммерчески возможной.подлежит изучению в связи с указанными претензиями. Известно, что отделение блока переохлаждения от основного цикла (с точки зрения конструкции) не является экономически жизнеспособной альтернативой. Такой тип системы обычно требует использования дорогостоящих электронных систем управления для контроля термодинамических условий текучей среды. Недавно в Чили был разработан продукт, способный увеличить производительность системы за счет добавления механического переохлаждения к любой стандартной неспецифической холодильной системе . [8]

Принцип переохлаждения, лежащий в основе всех этих применений, заключается в том, что с точки зрения теплопередачи все переохлаждение напрямую добавляется к охлаждающей способности хладагента (поскольку перегрев будет вычитаться напрямую). Поскольку компрессоры с переохлаждением работают в более легких условиях , более высокое давление делает их циклы хладагента более эффективными, а тепло, отводимое таким образом, дешевле, чем отводимое основной системой, с точки зрения энергии.

Транскритические системы с диоксидом углерода [ править ]

В обычной холодильной системе хладагент претерпевает фазовые переходы с газа на жидкость и с жидкости обратно на газ. Это позволяет рассматривать и обсуждать явления перегрева и переохлаждения, главным образом потому, что газ должен быть охлажден, чтобы стать жидкостью, а жидкость должна быть снова нагрета, чтобы стать газом. Поскольку существует мало возможностей завершить это для всего потока хладагента без переохлаждения или перегрева, в обычном парокомпрессионном охлаждении оба процесса неизбежны и всегда возникают.

С другой стороны, транскритические системы заставляют хладагент проходить через другое состояние вещества в течение цикла. В частности, хладагент (обычно диоксид углерода ) не проходит через обычный процесс конденсации, а вместо этого проходит через газоохладитель в сверхкритической фазе . Говорить о температуре конденсации и переохлаждении в этих условиях не совсем возможно. По этой теме ведется множество актуальных исследований, касающихся многоэтапных процессов, эжекторов , расширителей и некоторых других устройств и обновлений. Густав Лоренцен рассказал о некоторых модификациях цикла, включая двухступенчатое внутреннее переохлаждение для подобных систем. [9]Из-за особого характера этих систем тема переохлаждения должна рассматриваться соответствующим образом, имея в виду, что условия текучей среды, покидающей газоохладитель в сверхкритических системах, должны быть напрямую указаны с использованием температуры и давления. [10]

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Ибрагим Динчер, Холодильные системы и приложения. John Wiley & Sons, Второе издание, 2010 г., стр. 169-170. [1]
  2. ^ Emerson Climate Technologies, Факторы, которые следует учитывать при преобразовании номинальной мощности компрессора в фактическую мощность. Декабрь 2002 г., стр. 1. [2]
  3. ^ a b Доступ к моей библиотеке, насколько важно переохлаждение жидкости?
  4. ^ Kotza International, Проблема Flash-газа
  5. ^ Copeland Scrolls, спиральные компрессоры с впрыском пара для специальных тепловых насосов. Стр. 6. [3]
  6. ^ Bitzer Kühlmaschinenbau GmbH, Ассортимент продукции Bitzer A-201-2. Август 2008 г., стр. 4.
  7. ^ Министерство энергетики Соединенных Штатов Америки, Федеральное технологическое предупреждение: переохлаждение хладагента. Тихоокеанская Северо-Западная национальная библиотека, ноябрь 1995 г.
  8. ^ Исследование дальнего света, чилийский изобретатель разрабатывает универсальную автономную компактную энергосистему. [4]
  9. ^ Джахар Саркар, Обзор модификаций цикла транскритических систем охлаждения CO2 и тепловых насосов. Страница 1.
  10. ^ Подразделение Danfoss по охлаждению и кондиционированию воздуха, Транскритические холодильные системы с двуокисью углерода. Июль 2008 г., стр. 8.