Introduction à la réfrigération

Systèmes de réfrigération sont omniprésents, et ils ont un impact énorme sur nos vies quotidiennes. N’importe quel moment vous conserver les aliments dans le réfrigérateur ou le congélateur, ou mettez l’air conditionné, vous mettez à utiliser les systèmes de réfrigération. Fondamentalement, la tâche de ces systèmes est d’éliminer la chaleur d’un réservoir froid et déposez-le dans un réservoir chaud, contre le sens naturel du flux de chaleur. La technologie dominante employée pour atteindre cet objectif est le cycle de compression de vapeur. Cette vidéo va montrer comment fonctionne le cycle de compression de vapeur et ensuite démontrer comment il est utilisé dans un coup de main simple système de réfrigération de Pompée. À la fin, il examine quelques applications supplémentaires.

Le cycle de compression de vapeur est un cycle thermodynamique, exécuté sur un fluide de travail, ou le fluide frigorigène, telle que la chaleur s’écoule dans le réfrigérant du réservoir froid et à la sortie du réfrigérant dans le réservoir chaud. Cela exige la circulation mécanique des transitions réfrigérant comme coordonnées de son état thermodynamique. Le cycle tire parti de la coupole de la vapeur, une région de l’espace de phase fluide frigorigène qui peut être vu dans l’entropie de la température et la pression des diagrammes d’enthalpie. Dans ces diagrammes, la région gauche indique la phase liquide, qui est partiellement délimitée par la ligne liquide saturée, et la région droite phase vapeur, qui est de la même façon délimitée par la canalisation de vapeur saturée. Les lignes de saturation se rencontrent au point critique, au-dessus de laquelle le fluide est super critique. Entre les lignes de la saturation, le fluide est à deux phases et la température est fonction de la pression indiquée par les isothermes sur le diagramme enthalpique de pression. Dans cette région, la température et la pression ne peut pas varier indépendant des uns des autres, pour chaque valeur de pression indique une température. Par conséquent, la température d’un mélange des deux phases est réglable en changeant la pression. Dans cet esprit, examinons le cycle de compression de vapeur. À des fins d’illustration, supposons que r-134 a est le fluide frigorigène et un débit massique de 0,01 kilogramme par seconde. Il y a quatre étapes dans le cycle : évaporation, condensation, extension et compression. Chacun décrit une transition entre les points clés séjour du réfrigérant. Lors de la compression, vapeur basse pression entre le compresseur et main-d'oeuvre vers le compresseur est utilisé pour pressuriser le réfrigérant. Après avoir quitté le compresseur, passe de la vapeur à haute pression vers le condenseur, ici, la chaleur est rejetée vers le réservoir chaud environnant comme le fluide frigorigène se condense isobare. Le réfrigérant à haute pression maintenant en phase liquide, puis traverse un détendeur limitation. Le liquide étend isentropically lors du passage et que c’est des chutes de pression, clignote à un État en deux temps et chute à une température plus basse. Dans la dernière étape, le fluide frigorigène basse température entre l’évaporateur et absorbe la chaleur du réservoir froid. Cela conduit isobare évaporation comme le réfrigérant traverse. Le cycle est terminé lorsque la vapeur de basse pression réfrigérant retourne vers le compresseur. Dans cet exemple, la capacité de refroidissement de l’évaporateur est de 1,67 kilowatts, et l’entrée de travail du compresseur est de 0,31 kilowatts, ainsi le coefficient de performance, l’efficacité du système, est de 5,4. Maintenant que vous comprenez comment fonctionne le cycle, nous allons construire et analyser un réfrigérateur simple pour afficher ces principes en action.

Attention, cette expérience implique des systèmes à des pressions élevées et l’utilisation de réfrigérants qui peuvent s’avérer dangereux à des concentrations élevées. Toujours suivre les précautions raisonnables et porter un équipement de protection individuelle approprié. Assurer une ventilation adéquate lorsque vous travaillez avec des fluides frigorigènes. Commencer la construction du système réfrigérateur avec compresseur vapeur. Installer une vanne Schrader sur un port d’un vérin pneumatique double effet et branchez un tee-shirt de raccord de tuyau pour l’autre port. Fixez les clapets sur les deux ports restants du té, afin qu’une pointe vers l’intérieur et les autres points vers l’extérieur. Cette configuration permettra à réfrigérant à être tirées l’évaporateur et expulsé vers le condenseur à haute pression. Le compresseur va être actionné par une pompe à étage vélo mis à jour le haute pression. Supprimer le composant en caoutchouc perle check valve de la plomberie de pompe à vélo. Cela permettra le compresseur élargir et dessiner en fluide frigorigène entre coups de pompage. Installer les tees de raccord de tuyau avec jauges de pression sur les deux côtés du compresseur, afin que la pression en amont et en aval peut être surveillée. Le tee raccords sont reliés par des clapets, qui permettent seulement l’écoulement dans un seul sens. Quand le piston est étendu, le clapet de gauche permet afflux de l’évaporateur à basse pression pour le volume de compresseur. Lorsque le piston est enfoncé, la vapeur est pressurisée et forcée à travers la soupape droite au réfrigérant à haute pression. En tournant le piston, un flux continu de vapeur basse pression peut tiré de l’évaporateur et remis au condensateur à haute pression. La prochaine étape du système est le condenseur, qui nous construirons de tube en aluminium. Former le tube dans une bobine, en l’enroulant autour d’un noyau de caoutchouc rigide de diamètre 2,5 centimètre pendant quatre tours et puis, utilisez une raccord pour attacher une extrémité à l’orifice ouvert du té, de compression en aval du compresseur. Veillez à installer et serrer les raccords aux instructions du fabricant. Installer ensuite une courte longueur de tuyau en PVC clair entre deux réduisant les coudes de tuyaux. Ceci agira comme le réservoir pour le réfrigérant à haute pression, branché sur la prise de la tubulure de condenseur avec un autre raccord à compression. La prochaine étape est le contrôle expander, mais c’est aussi un endroit commode pour ajouter un port de chargement pour le remplissage et la vidange du réfrigérant. Construire le port de chargement en combinant une A.N.S.A.E. évasé connecteur avec une vanne à bille et un autre tuyau tee. Connectez un pointeau sur un côté du té tuyau pour le détendeur. Enfin, utilisez une autre section de tube en aluminium pour connecter le troisième port du té tuyau jusqu’au bas du réservoir. La seule partie restante est l’évaporateur. Former une deuxième bobine de tube en aluminium, en utilisant la même technique qu’avant et branchez-le entre l’entrée de prise et compresseur de soupape à pointeau, pour terminer la boucle de réfrigération. Maintenant que le système est assemblé, remplissez-le avec l’air comprimé dans le port de chargement pour tester la présence de fuites. Utiliser un jet d’eau savonneuse pour identifier toutes les connexions qui fuites et effectuer les réparations nécessaires. Enfin, connectez thermocouples à des bobines condenseur et évaporateur pour mesurer la température. Vous êtes maintenant prêt à recharger et faire fonctionner le réfrigérateur.

Charge est un processus en deux étapes. Air est tout d’abord évacué du système et le fluide frigorigène est ensuite ajouté. Connectez le port moyen du fluide frigorigène charger collecteur, pour le port de chargement sur le réfrigérateur. Connectez ensuite une pompe à vide pour le port de basse pression du collecteur et un bidon de réfrigérant au port à haute pression. Fermer toutes les vannes et tourner sur la pompe à vide. Peu à peu ouvrir toutes les vannes du système pour évacuer l’air du système. Après que l’air a été évacué du système, ouvrez brièvement la vanne bac réfrigérant pour effacer n’importe quel air de la conduite de réfrigérant et puis le refermer. Maintenant que tout l’air a été évacué, isoler la pompe à vide en fermant le port de basse pression sur le fluide frigorigène charger collecteur. Inverser le bac réfrigérant et injecter le liquid réfrigérant dans le système jusqu'à ce que le niveau du réservoir haute pression est légèrement au-dessus du niveau de la soupape à pointeau. La dernière étape consiste à ajuster la valve à aiguille jusqu'à ce qu’il est à peine ouvert et puis connectez le tuyau de pompe à vélo à la valve Schrader sur le compresseur. Faire fonctionner le réfrigérateur par pompage de la pompe à vélo, car vous faire, suivre les pressions latérales hautes et basses ainsi que la température de l’évaporateur et du condenseur. Lorsque l’état d’équilibre est atteints, enregistre ces pressions et températures. Si le rapport de jauges de pression, c’est la pression par rapport à l’atmosphère, manométrique alors convertir les lectures de pression absolue en ajoutant une ambiance à la lecture.

Jetez un oeil à des résultats de performance pour votre réfrigérateur. Tout d’abord, comparer les températures mesurées à la température de saturation correspondant du réfrigérant dans les basses et hautes pressions mesurées. Dans ce cas, les mesures correspondent étroitement. L’écart de la température de l’évaporateur peut résulter d’un transfert de chaleur de l’air ambiant à l’extérieur du thermocouple. Correspond à la température du condenseur à tolérances expérimentale, mais cela pourrait aussi apparaître plus chaud que prévu si le thermocouple est placé trop près de la partie super chauffée du condenseur. Terminer l’analyse en indiquant les points de l’Etat et environ reliant les courbes sur l’entropie de la température et pression des diagrammes de l’enthalpie. Vous pouvez voir que le simple système entraîne des performances limitées avec capacité de refroidissement faible et petite levée, par rapport aux systèmes commerciaux. Puisqu’une grande partie du travail d’entrée est vide de compression d’air dans la pompe à vélo, on pourrait améliorer les performances avec un réfrigérant de pression plus faible. En outre, à l’aide d’une valve d’expansion qui peut maintenir une différence de pression plus grande serait bénéfique. Plupart des systèmes commerciaux emploient une soupape d’expansion contrôlée température, qui ajuste dynamiquement son ouverture pour maintenir une température de l’évaporateur désirée. Maintenant que nous avons analysé le processus de base, permet de regarder d’autres applications typiques.

Le cycle de compression de vapeur est la technologie de réfrigération dominante utilisée en commun bien placer les périphériques. Thermomanagement pour l’électronique a pris une importance croissante comme la taille des composants a cessé de diminuer, tandis que les demandes de puissance et de vitesse ont augmenté. Refroidissement des super ordinateurs et autres appareils haute tension électroniques utilisant le cycle de compression de vapeur, a de nombreux avantages par rapport aux autres technologies. Le cycle de compression de vapeur peut aussi être utilisé comme une pompe à chaleur. Dans ce mode, la chaleur est acquis dans l’évaporateur provenant des environs de basse température et ensuite livrée à un espace climatisé chaud. Il peut s’agir d’un mode de chauffage par rapport à chauffage direct de résistance, car la plupart de la chaleur livrée est tirée de l’environnement, et seulement une petite partie est fournie au compresseur comme travail mécanique efficace.

Vous avez juste regardé introduction de Jove au froid et le dôme de vapeur. Vous devez maintenant comprendre comment le cycle de compression de vapeur est implémenté dans les systèmes de réfrigération et comment analyser les performances à l’aide d’entropie de la température et la pression des diagrammes d’enthalpie. Merci de regarder.