Kylmäkone & Lämpöpumppu termodynaamisena systeeminä
-
Upload
timo-alakontiola -
Category
Documents
-
view
358 -
download
7
Transcript of Kylmäkone & Lämpöpumppu termodynaamisena systeeminä
T I M O A L A KO N T I O L A , E E M E L I Å M A N , K A S P E R Å M A N
KYLMÄKONE & LÄMPÖPUMPPU TERMODYNAAMISENA SYSTEEMINÄ
TOIMINTAPERIAATE
• Termodynamiikan toinen laki
• Carnot’n kierto• Idealisaatio lämpövoimakoneesta• Hyötysuhde mahdollisimman suuri
• Kylmäkoneissa käytössä käänteinen Carnot’n kierto
CARNOT’N KIERTO
CARNOT -HYÖTYSUHDE
• Suurin mahdollinen hyötysuhde• Täydellinen palautuvuus• Häviöttömät prosessit
• Ei todellisuudessa mahdollinen
• Käytetään kylmä- ja lämpökertoimen tarkistamiseen• Ei voi olla suurempi kuin Carnot- hyötysuhde
KYLMÄKONE
• Tarkoitus pitää kylmävarastoa ympäristöään kylmempänä
• Käyttökohteita• Jääkaappi• Kylmävarasto• Ilmastointi
• Turbiinin tilalla paisuntaventtiili
TODELLINEN KYLMÄKONEKIERTO
TODELLINEN KYLMÄKONEKIERTO• Poikkeaa huomattavasti
idealisoidusta Carnot’n kierrosta• Kompressori ei toimi
isentrooppisesti• Lämmönsiirtoprosessit
eivät ole reversiibeleitä• Kompressorille menevä
fluidi kylläistä tai tulistettua höyryä• Parantaa kompressorin
kestävyyttä• Turbiini korvattu
paisuntaventtiilillä
TODELLISEN KYLMÄKONEKIERRON PH-PIIRROS
• Tila 1-2• Tulistettu höyry puristetaan
lauhduttimen paineeseen• Tila 2-3• Kylmäaine lauhdutetaan
lauhduttimessa. Lpt suurempi kuin lämpövarastossa.
• Tila 3-4• Alijäähtyminen lauhduttimessa.
Paisuntaventtiilissä paine laskee höyrystimen paineeseen.
• Tila 4-1• Höyrystimessä höyrystyy
tulistetuksi höyryksi
KYLMÄAINEEN VALINTA
• Valintaan vaikuttavia tekijöitä• Höyrystymis- ja lauhtumislämpötilat• Kompressorin tyyppi• Keskipakokompressori matalilla höyrystymispaineissa• Mäntäkompressori korkeammat paineet
• Hinta
KYLMÄAINEIDEN TIETOJAKylmäaineen numero Tyyppi Kemiallinen kaava Arvioitu GWP
R-12 CFC CCl2F2 10900R-11 CFC CCl3F 4750R-114 CFC CClF2CClF2 10000R-113 CFC CCl2FCClF2 6130R-22 HCFC CHClF2 1810R-134a HFC CH2FCF3 1430R-1234yf HFC CF3CF=CH2 4R-410A HFC R-32, R-125 1725 sekoitus
(50/50 Paino-%)
R-407C HFC R-32, R-125, R-134a 1526
sekoitus (23/25/52 Paino-%) R-744 (hiilidioksidi) Luonnollinen CO2 1
R-717 (ammoniakki) Luonnollinen NH3 0R-290 (propaani) Luonnollinen C3H8 10R-50 (metaani) Luonnollinen CH4 25R-600 (butaani) Luonnollinen C4H10 10
MUITA KYLMÄKONETYYPPEJÄ• Kaskadikierto• Useampi kierto yhdistettynä
yhteen laitteeseen• Useita eri kylmäaineita
• Absorptiokylmäkone• Kompressorin sijasta kaasuna
oleva kylmäaine absorptoituu nesteeseen
• Paine nostetaan pumpulla lauhduttimen paineeseen
• Pienempi sähkötehon tarve• Kylmäaine täytyy erottaa
nesteestä ennen lauhdutinta• Suurempi energiantarve• Käyttökohteita
• Kaasujääkaappi
• Kaasukylmäkone• Kylmäaine pysyy kaasuna koko
prosessin ajan• Käyttökohteita• Braytonin kylmäkonekierto
• Nesteen ja kaasun jäähdytys hyvin alhaisiin lämpötiloihin
• Lentokoneen matkustamo
• Välijäähdytetty kylmäkone• Lauhduttimen jälkeen
höyryneste-seos menee erottimelle• Höyry erotetaan välijäähdyttimelle
• Välijäähdytin kahden kompressorin välissä
LÄMPÖPUMPPU
• Tarkoituksena tuoda lämpöä lämpövarastoon• Kylmävaraston lämpötilan laskiessa,
lämpöpumpun lämpökerroin pienenee• Esim. Ilmalämpöpumppu ei riittävä lämmönlähde kun
ulkoilman lämpötila laskee• Toisaalta maalämpöpumpun kylmävarasto maan alla• Hyvä lämpökerroin talvellakin
HARJOITUS
• Laske a) Kompressorin teho(kW), b) COP, c) Carnot’n lämpöpumppukierron COP, kun lämpövarastojen lämpötilat ovat 20°C & 5°C
PH-PIIRROS
RATKAISU
• Lasketaan massavirta:
• Lasketaan kompressorin teho:
• Lasketaan lämpökerroin:
• Lasketaan Carnot lämpökerroin
LÄHTEET
• Kylmälaitoksen suunnittelu• Principles of engineering thermodynamics• https://
fi.wikipedia.org/wiki/Carnot%E2%80%99n_kierto