Zadaniem urządzenia chłodniczego jest transport ciepła ze źródła o niższej temperaturze do źródła o temperaturze wyższej. Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki ciepło samorzutnie przepływa od ciała o temperaturze wyższej do substancji o temperaturze niższej. Aby więc urządzenie chłodnicze mogło spełnić swoje zadanie, konieczne jest doprowadzenie do niego energii napędowej (rys. 1b). Bilans energetyczny chłodziarki wyraża się zatem następująco:

gdzie:

• ${\mathrm{Q}}_{\mathrm{k}}$ - wydajność cieplna, czyli strumień ciepła przekazywany do górnego źródła ciepła,

• ${\mathrm{Q}}_0$ - wydajność chłodnicza, czyli strumień ciepła odbierany z dolnego źródła ciepła,

• ${\mathrm{P}}_{\mathrm{t}}$ - teoretyczna moc napędowa urządzenia.

Schemat ideowy najprostszego sprężarkowego parowego układu chłodniczego przedstawia rys. 1a. Przez połączone przewodami rurowymi podstawowe elementy składowe instalacji (parownik, sprężarka, skraplacz, zawór dławiący) przepływa płyn roboczy o odpowiednich właściwościach, nazywany czynnikiem chłodniczym. Podlega on w nich przemianom termodynamicznym, dzięki czemu ciepło ze środowiska chłodzonego jest przenoszone do otoczenia (rys. 1b). Przemiany te układają się w zamknięty cykl, nazywany lewobieżnym obiegiem Lindego (rys. 2).

RLU5xIrbvlHZH

Ilustracja przedstawia dwa rysunki. Jeden to schemat układu chłodniczego. Drugi to wykres bilansu energetycznego Sankeya. Układ chłodniczy składa się z trzech głównych elementów: parownika, sprężarki oraz skraplacza. Linie łączące poszczególne elementy układu wskazują kierunek przepływu czynnika chłodniczego. Przepływa on z parownika do sprężarki, a następnie ze sprężarki do skraplacza. Ze skraplacza kieruje się ponownie do parownika, przepływając przez zawór dławiący. Parownik został przedstawiony w dolnej części rysunku za pomocą prostokąta. Obok znajduje się strzałka odbioru ciepła z symbolem Q0. Sprężarka, przedstawiona jest jako koło z wpisanym trójkątem. Po drugiej stronie schematu znajduje się skraplacz, który również jest przedstawiony za pomocą prostokąta. Zawór dławiący obrazuje koło z krzyżem w środku. Wyjście z układu znajduje się przy skraplaczu. Obrazuje to pomarańczowa strzałka, obok której znajduje się symbol Qk. Drugi rysunek przedstawia bilans energetyczny. Za pomocą strzałek wskazano wejście dolne opisane symbolem Q 0, wejście boczne opatrzone symbolem P t oraz wyjście górne opatrzone symbolem Qk.

R1bUvChvvsqg9

Widoczne dwa rysunki odwzorowują schemat lewobieżnego obiegu Lindego na wykresie. Na pierwszym rysunku na osi T‑s (temperatura entropii) widoczne są zmiany temperatury w czasie procesu chłodzenia. Reprezentuje je linia zamknięta, która tworzy pętlę. Oznacza to, że cykl się powtarza. Na pętli oznaczone są także punkty PO TO - jest to stan początkowy, czyli parowanie oraz punkt PK TK, który położony jest równolegle i wskazuje na stan końcowy, czyli skraplanie. Drugi wykres na osi p‑h (ciśnienie entalpia) przedstawia natomiast zależność ciśnienia i entalpii w czasie procesu. Na rysunku widoczna jest również zamknięta pętla świadcząca o powtarzalności cyklu. Na linii pętli oznaczono punkty TO oznaczający początek cyklu oraz położony równolegle i oznaczający koniec cyklu punkt TK.

Czynnik chłodniczy wrząc w parowniku, odbiera ciepło od środowiska chłodzonego. Strumień tego ciepła nazywa się wydajnością chłodniczą. Następnie płyn roboczy ulega izobarycznemu przegrzaniu i w postaci pary przegrzanej (punkt 1 na rys. 2) zostaje zassany przez sprężarkę. Dzięki doprowadzonej do sprężarki mocy napędowej czynnik chłodniczy zostaje w niej sprężony do ciśnienia skraplania (punkt 2). Oddając do otoczenia strumień ciepła nazywany wydajnością cieplną skraplacza, para przegrzana czynnika ulega schłodzeniu, następnie skrapla się pod stałym ciśnieniem i w stałej temperaturze oraz zostaje dochłodzona (punkt 3). Skropliny zdławione w zaworze dławiącym do ciśnienia parowania docierają do parownika, zamykając cykl przemian (punkt 4). Przykładowe rozwiązanie sprężarkowej chłodziarki parowej przedstawia rys. 3. Z wykresu sporządzonego w układzie współrzędnych p–h można odczytać takie wielkości charakterystyczne obiegu, jak (rys. 4):

• ${\mathrm{q}}_{\mathrm{k}}$ - jednostkowa wydajność chłodnicza, czyli ilość ciepła pobierana przez 1 kg czynnika chłodniczego wrzącego w parowniku, równa przyrostowi entalpii właściwej w tym wymienniku [$\frac{\mathrm{kJ}}{\mathrm{kg}}$];

• ${\mathrm{q}}_0$ - jednostkowa wydajność cieplna skraplacza, czyli ilość ciepła oddawana przez 1 kg czynnika chłodniczego w skraplaczu, równa spadkowi entalpii właściwej w tym wymienniku [$\frac{\mathrm{kJ}}{\mathrm{kg}}$];

• $\mathrm{lt}$ - jednostkowa teoretyczna praca sprężania, zużywana na podniesienie ciśnienia 1 kg czynnika, równa przyrostowi entalpii właściwej w sprężarce [$\frac{\mathrm{kJ}}{\mathrm{kg}}$].

R1SuurujfminR

Przedstawiona ilustracja ukazuje element układu chłodniczego, w którym centralnym punktem jest sprężarka. Na rysunku w dolnej części widoczny jest skraplacz w kształcie sześcianu, który jest połączony rurą ze sprężarką, a strzałki na rysunku wskazują kierunek przepływu czynnika chłodzącego. Następnie rura ze sprężarki prowadzi czynnik do parownika, który również jest zaznaczony strzałkami wskazującymi kierunek przepływu czynnika chłodzącego. Na końcu układu znajduje się zawór rozprężny, który jest regulowany przez termostatyczny układ sterowania.

Wróć do spisu treściDmaRjC1uYWróć do spisu treści