Переохлаждение - Subcooling

Не путать с переохлаждение.

Период, термин переохлаждение (также называемый переохлаждение) относится к жидкости, существующей при температуре ниже своей нормальной. точка кипения. Например, вода закипает при 373 К; при комнатной температуре (293 К) вода называется «переохлажденной». Недогретая жидкость - это удобное состояние, в котором, скажем, хладагенты могут пройти оставшиеся стадии цикл охлаждения.[1] Обычно холодильная система имеет стадию переохлаждения, что позволяет техническим специалистам быть уверенными в том, что качество, с которым хладагент достигает следующий шаг в цикле, является желаемым. Переохлаждение может иметь место в теплообменники и вне их. Являясь как подобными, так и обратными процессами, переохлаждение и перегрев важны для определения стабильности и исправного функционирования холодильной системы.[2]

Приложения

Работа расширительного клапана и безопасность компрессора

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

Переохлаждение обычно используется таким образом, чтобы, когда хладагент достигает термостатического расширительного клапана, весь он жидкая форма, таким образом позволяя клапану работать должным образом. Если газ достигает расширительного клапана, может произойти ряд нежелательных явлений.[3] Это может привести к поведению, аналогичному тому, что наблюдается с явления мгновенного газа: проблемы в регулирование нефти на протяжении всего цикла;[4] чрезмерное и ненужное злоупотребление властью 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 от перегрева и наоборот, позволяя тепло течь от хладагента при более высоком давление (жидкость), в систему с более низким давлением (газ). Это создает энергетическую эквивалентность явлений переохлаждения и перегрева, когда нет потеря энергии. Обычно переохлажденная жидкость горячее, чем перегретый хладагент, что обеспечивает поток энергии в нужном направлении. Перегрев критичен для работы компрессоры поскольку система, в которой он отсутствует, может обеспечить компрессор сжиженная газовая смесь, 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

Допущение процесса переохлаждения за пределами конденсатор (как с внутренним теплообменником) - это метод использования всех теплообменная способность конденсационного 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. Похожая ситуация может быть обнаружена с перегревом в испарителе, поэтому внутренний теплообменник является хорошим и относительно дешевым решением для максимального использования тепла. обменная емкость.

Еще одно широко распространенное применение переохлаждения - это повышение и экономия. Обратно перегреву, переохлаждению или количеству отвод тепла от жидкого хладагента в процессе переохлаждения, проявляется в увеличении холодопроизводительности системы. Это означает, что любой дополнительный отвод тепла после конденсации (переохлаждения) позволяет повысить коэффициент теплопередачи. поглощение тепла на дальнейших 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 полезный прирост производительности равен нулю. Некоторые системы могут перемещать хладагент и / или отводить тепло с меньшими затратами. энергия потому что они делают это с жидкостями под высоким давлением, которые позже охлаждают или переохлаждают более низкое давление (что более трудно для охлаждения) жидкости.

Естественное и искусственное переохлаждение

Процесс переохлаждения может происходить по-разному; следовательно, можно различать разные части, в которых происходит процесс. Обычно под переохлаждением понимается величина температура капля, которую легко измерить, но о переохлаждении можно говорить с точки зрения общего отвода тепла. Наиболее известным переохлаждением является переохлаждение конденсатора, который обычно известен как полное падение температуры, которое происходит внутри конденсатора сразу после того, как жидкость полностью конденсируется, пока она не покинет конденсатор.

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

Естественное переохлаждение это название обычно дается падению температуры внутри конденсатора (переохлаждение конденсатора) в сочетании с падением температуры, происходящим только по трубопроводу, за исключением теплообменников любого типа. Когда нет механическое переохлаждение (т.е. внутренний теплообменник), 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

Явление переохлаждения тесно связано с эффективность в холодильных системах. 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 изготовления. Эти системы способны впрыскивать хладагент, который поступает из внутреннего теплообменника вместо основного испарителя, в последнюю часть компрессионных винтов.[нужна цитата ] В названном теплообменнике жидкий хладагент под высоким давлением переохлажден, что приводит к механическому переохлаждению. Также в бустер-дисплей встроено огромное количество систем. Это похоже на экономию, поскольку известно, что эффективность компрессора одного из компрессоров (тот, который работает с более высоким давлением) выше, чем у другого (компрессоры, работающие с более низким давлением). Экономайзеры и системы повышения давления 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 сложная и дорогостоящая, так как предполагает использование всей системы (с компрессоры и все шестерни) только на переохлаждение. Тем не менее, эта идея вызвала некоторое расследование, поскольку есть некоторые предполагаемые преимущества. Кроме того, Министерство энергетики США выпустил Федеральное технологическое предупреждение упоминание переохлаждения хладагента как надежного способа повышения производительности систем и экономии энергии.[7] Делая этот вид системы функционально независимым от основной системы и коммерчески возможно подлежит изучению в связи с указанными претензиями. Отделение блока переохлаждения от основного цикла (с точки зрения конструкции) не является экономически жизнеспособной альтернативой. Такая система обычно требует использования дорогостоящих электронных систем управления для контроля термодинамических условий жидкости. Недавно был разработан продукт, способный увеличить производительность системы за счет добавления механического переохлаждения к любой стандартной неспецифической холодильной системе. Чили.[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 на этом более простые условия, более высокое давление делает их циклы хладагента более эффективными, а тепло, отводимое таким образом, дешевле чем тот, который отводится основной системой, с точки зрения энергии.

Транскритические системы с диоксидом углерода

В общем система охлаждения, хладагент претерпевает фазовые превращения из газа в жидкость и из жидкости обратно в 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 во время цикла. В частности, хладагент (обычно углекислый газ ) не проходит через обычный процесс конденсации, а вместо этого проходит через газоохладитель в сверхкритическая фаза. Говорить о температуре конденсации и переохлаждении в этих условиях не совсем возможно. По этой теме существует множество актуальных исследований, касающихся многоэтапных процессов, эжекторы, расширители и некоторые другие устройства и обновления. Густав Лоренцен описал некоторые модификации цикла, включая двухступенчатое внутреннее переохлаждение для таких 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 определяться непосредственно с использованием температуры и давления.[10]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б 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. Декабрь 2002 г., стр. 1. [2]
  3. ^ а б Получите доступ к моей библиотеке, насколько важно переохлаждение жидкости?
  4. ^ Kotza International, Проблема мгновенного 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. ^ Компания High Beam Research, 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.