냉동은 저온 조건에 대한 사람들의 요구를 충족시키기 위해 생산 및 개발되었습니다. 다음은 제가 모든 분들에게 조심스럽게 추천하는 선배 냉동기술자 전문 타이틀 페이퍼입니다. 선임냉동기술자 전문직위 논문 제1부
냉동기술 분석
초록 냉동기술은 저온조건에 대한 사람들의 요구에 적응하기 위해 생산, 개발되었다. 냉동기술은 특정 공간이나 물체의 온도를 주변 온도보다 낮게 낮추고 이를 특정 저온으로 유지하는 과학기술로, 저온 조건에 대한 사람들의 요구와 사회적 생산성 향상에 맞춰 계속해서 발전하고 있습니다. . 냉동 방법에는 여러 가지가 있으며, 다음 네 가지 일반적인 방법은 액체 가스화 냉동, 가스 팽창 냉동, 볼텍스 튜브 냉동 및 열전 냉동입니다. 그 중 액체 기화 냉동이 가장 널리 사용됩니다. 이는 액체 기화의 흡열 효과를 사용하여 냉동을 달성합니다. 증기 압축, 흡수, 증기 주입 및 흡착 냉동은 모두 액체 기화 냉동 방법입니다. 이 기사에서는 증기 압축 냉동의 작동 원리와 여러 형태에 중점을 둡니다.
키워드: 증기 압축 냉동 압력-엔탈피 다이어그램, 이상적인 냉동 사이클 냉동 계수? 단열 팽창
2단계 증기 압축 냉동 사이클
CLC 번호: TB6 문서 식별 코드: A
1. 증기 압축 냉동의 작동 원리 증기 압축 냉동 시스템은 압축기, 응축기, 팽창 밸브 및 증발기로 구성되며 파이프로 폐쇄형으로 연결됩니다. 시스템.
작동 매체는 증발기에서 냉각 대상과 열교환하고, 생성된 저압 증기는 압축기로 흡입되어 압축되어 배출됩니다. 고압. 압축 과정은 에너지를 소비합니다. 압축기에서 토출된 고온, 고압의 기체 작동유체는 응축기에서 상온의 냉각매체(물 또는 공기)에 의해 냉각되어 고압의 액체로 응축됩니다. 고압의 액체가 팽창밸브를 통과하면 교축되어 저압, 저온의 습증기로 바뀌고 증발기로 유입되는 저압의 액체는 증발기에서 기화되어 다시 냉각되며 사이클이 이루어집니다. 반복합니다.
액체가 기체로 변할 때, 고체가 액체로 변할 때, 고체가 기체로 변할 때 잠열을 흡수해야 합니다. 모든 액체는 끓는 과정에서 열을 흡수합니다. 액체의 끓는점(즉, 포화 온도)과 열 흡수는 액체의 압력에 따라 달라집니다. 또한, 서로 다른 액체의 포화 압력, 끓는점 및 열 흡수도 다릅니다. 아래 표 1과 같습니다
예: 1기압에서
냉매의 끓는점(℃) 기화잠열 r(kJ/kg)
물 100 2256
R717(암모니아) -33.4 1368
R22 -40.8 375
사용되는 냉동 액체(냉매라고 함)의 열 특성에 따라 특정 압력 조건이 생성되면 특정 범위 내에서 필요한 저온을 얻을 수 있습니다. 냉동사이클을 실현하기 위해서는 특정 장비를 설치해야 하며, 에너지 소비량을 보상으로 사용해야 합니다. 증기 압축 냉동 사이클은 압축기와 같은 장비를 사용하여 냉매의 상태를 주기적으로 변화시키는 데 소비되는 기계적 일을 보상함으로써 지속적이고 안정적인 냉각 용량과 추운 상황에서 낮은 온도를 얻습니다. 냉동 사이클에서 냉매는 기화, 압축, 응축, 교축, 팽창과 같은 상태 변화를 겪습니다. 냉동사이클의 성능을 분석, 비교, 계산하기 위해서는 냉매의 상태변수의 변화규칙을 알아야 한다. 현재 일반적으로 사용되는 냉매의 경우 이러한 상태 매개변수 간의 관계를 다양한 다이어그램과 표로 만들어 이를 표현합니다.
냉매의 열역학적 성질 도표에는 일반적으로 사용되는 열역학적 성질 도표에는 온도 엔트로피(T-S) 도표와 압력 엔탈피(㏒p-h) 도표가 있으며 그 형식은 다음과 같습니다. 액체선, x=1은 포화증기선이고, 두 선 사이의 면적은 중간건도선(x=0.1, x=0.2?)을 포함한 습증기 면적이다.
정압 과정에서 흡수 및 방출되는 열과 단열 압축 과정에서 압축기의 소비 전력을 p-h 선도로 표현할 수 있으므로 초기 상태와 최종 상태의 비엔탈피 차이를 이용하여 계산합니다. 따라서 p-h 다이어그램은 냉동 사이클의 열역학적 계산에 널리 사용되었습니다. 냉매의 열 매개변수 h와 s는 모두 상대적인 값이므로 위의 열역학적 특성 표와 도표를 사용할 때 서로 다른 값을 갖는 기준점의 경우 h와 s의 기준점이 일치하는지 주의해야 합니다. 또는 단위, 서로 일치하지 않는 다이어그램이나 표를 혼합하지 않는 것이 가장 좋습니다. 그렇지 않으면 변환 및 수정이 필요합니다.
2. 이상적인 냉동주기는? 역카르노 사이클
카르노 사이클은 정카르노 사이클과 역카르노 사이클로 나누어지며, 둘 다 두 개의 일정한 온도와 두 개의 단열 과정으로 구성됩니다. , 이상적인 사이클입니다. 증기압축 냉동사이클을 연구하는 주된 목적은 냉동사이클에 영향을 미치는 다양한 요인을 분석하고 냉동에너지 소비를 절감할 수 있는 방안을 찾는 것이다. 역카르노 사이클은 작동유체(냉매)가 저온 열원으로부터 열을 흡수한 후 냉동 장치를 통과하여 외부 일을 보상한 후 고온 열원으로 흘러가는 원리이다. 역사이클은 일을 소모하는 사이클이다. 냉동 사이클은 온도-엔트로피 또는 압력-엔탈피 다이어그램에서 반시계 방향으로 변화한다.
역카르노 사이클 장비 모식도
2. 역카르노 사이클을 구현하기 위해 필요한 조건:
(1) 고온 및 저온 열원의 온도 < /p>
(2) 응축기 및 증발기의 작동 유체와 외부 열원 간에 열 전달 온도 차이가 없습니다.
(3) 내부 비가역성이 없습니다. 작동 유체가 각 장비를 통해 흐를 때 손실
(4) 역 카르노 사이클을 구현하는 데 필요한 장비는 압축기, 응축기, 팽창기 및 증발기입니다.
역카르노 사이클은 가역적인 이상적인 냉동 사이클로, 흐름과 상태 변화 동안 작동 유체의 내부 및 외부 비가역적 손실을 고려하지 않습니다. 역 카르노 사이클은 실현될 수 없지만 이 사이클의 분석을 통해 도출된 결론은 실제 냉동 사이클에 중요한 지침이 됩니다.
3. 냉동계수?
냉동사이클에 흔히 사용되는 냉동계수는 순환경제적 성능을 나타낸다.
?=q/?W
q： 냉매 1kg은 T0 온도에서 냉각 대상물로부터 열q(kJ/kg)을 흡수합니다
W: 작동 유체 1kg을 순환시키는 데 소모된 일
역 카르노 사이클의 경우:
?c=T0/(Tk- T0)
T0: 증발 온도, Tk: 응축 온도
역카르노 사이클의 냉동 계수는 고온 및 저온 열원 온도에만 관련되며 열물리학적 특성과는 아무런 관련이 없음을 공식에서 볼 수 있습니다. 냉매의 특성. 역카르노 사이클은 각종 손실을 고려하지 않고, 압축기는 팽창기에 의한 일의 출력을 이용하므로, 역카르노 사이클의 냉동계수는 일정한 고온 및 저온 열원 범위에서 가장 크며, 이 안에서 수행되는 기타 공정 온도 범위 다양한 냉동 사이클의 냉동 계수는 역 카르노 사이클의 냉동 계수보다 작습니다.
따라서 역카르노 사이클의 냉동계수를 활용하면 다른 냉동사이클의 열완전성을 평가할 수 있다.
3. 증기압축 냉동의 이론주기와 열역학적 계산
1. 이론적인 냉동주기는 역카르노 사이클과 다음과 같은 점에서 다르다.
( 1) 냉매는 등압 과정에 따라 응축기와 증발기를 순환하며 열전달 온도차가 있습니다.
(2) 냉매는 팽창기를 사용하는 대신 단열 조절을 위해 팽창 밸브를 사용합니다. 단열 팽창;
p>
(3) 압축기는 습증기 대신 포화증기를 흡입합니다.
익스팬더를 팽창밸브로 교체한 후 조절 손실: 냉동 사이클의 전력 소비가 증가할 뿐만 아니라 냉각 용량도 감소합니다. 이 두 부품의 손실은 필연적으로 냉동 계수와 열적 완전성을 감소시킵니다.
2. 습식 압축을 건식 압축으로 교체한 후의 과열도 손실에는 다음이 포함됩니다.
(1) 팽창기를 팽창 밸브로 교체한 후의 스로틀링 손실은 다음과 같은 결과를 초래합니다. 팽창 밸브는 되돌릴 수 없는 과정이며 조절 전후에 엔탈피 값은 변하지 않습니다. 냉매의 건조도가 증가하고 액체 함량이 감소하며 냉각 용량이 감소하고 전력 소비가 증가하며 냉동 계수가 감소합니다. 감소하는 것을 조절 손실(throttling loss)이라고 합니다. 조절 손실의 크기는 다음과 같은 요인과 관련이 있습니다. 이는 응축 온도와 증발 온도의 차이와 관련이 있으며, 증가함에 따라 조절 손실도 증가합니다. 일반적으로 냉매의 물리적 특성과 관련이 있습니다. 조절 손실이 큰 냉매는 과열 손실이 적습니다. 이는 응축 압력과 관련이 있으며, 응축 압력 Pk가 임계 압력 Pkr에 가까울수록 조절 손실이 커집니다.
(2) 습식 압축 후 포화 손실을 대체하기 위해 건식 압축을 사용합니다.
이유: 냉동 압축기의 실제 작동 시 습한 증기가 흡입되면 액체가 발생합니다. 망치로 쳐서 점유하면 실린더 용량이 감소하여 흡입 용량과 냉각 용량이 감소합니다. 너무 많은 액체가 압축기 실린더에 들어간 후에는 완전히 기화하기 어렵습니다. 이때 압축기의 윤활을 파괴할 뿐만 아니라 액체 해머를 발생시켜 압축기를 손상시킵니다. 따라서 증기 압축 냉동 장비의 실제 작동에서 습식 압축은 엄격히 금지됩니다. 압축기에 들어가는 냉매는 건식 포화 증기 또는 과열 증기여야 하며 이는 건식 압축 냉동 장비의 정상적인 작동을 위한 중요한 지표입니다. 건식 압축을 달성하는 방법은 아래 그림과 같이 증발기 출구에 액체 분리기를 추가할 수 있습니다. 분리기 상부의 건조 포화 증기는 압축기에 의해 흡입되어 건조 압축을 보장합니다. 압축기로 들어가는 냉매 상태 지점은 포화 증기 라인에 있습니다. 냉매의 단열 압축 과정은 과열 증기 구역에서 발생합니다. 따라서 응축기 내의 냉매는 정온과정이 아닌 정압과정이 된다.
증발기 냉매의 단위 질량당 냉각 용량의 열 계산:
q0 = h1-h4[kJ/kg]
단위 질량 압축기 단열 압축 전력 소비:
W= h2- h1 [kJ/kg]
단위 부피당 냉매 냉각 용량:
Qv= q0/V [ kJ/m3]
이론적인 냉동계수 : ?= q0/ W
3. 증기압축 냉동사이클의 개선
액체냉매를 만들기 위해서는 팽창 밸브 앞 재냉각을 얻기 위해 과냉각기 또는 회복 사이클을 사용할 수 있습니다.
(1) 동일한 냉매에 대해 조절 손실은 주로 조절 전후의 온도차(Tk-T0)와 관련이 있습니다. 온도 차이가 작을수록 조절이 작아집니다. 손실. 일반적으로 보조냉각기 뒤에 보조냉각기를 추가하여 냉각수가 보조냉각기를 통과한 후 응축기로 들어갈 수 있습니다. 재냉각 후 액냉매는 응축압력 하에서 3°의 상태점까지 재냉각될 수 있다. 그림의 3~3°는 재냉각기에서 고압의 액냉매가 재냉각되는 과정이며, 재냉각에 의해 도달할 수 있는 온도 Tr을 재냉각 온도라고 하며, 응축 온도와 재냉각 온도의 차이 ΔTr을 재냉각 정도라고 합니다.
과냉각을 높이면 냉동 계수가 증가할 수 있습니다. R717 냉매를 1℃ 과냉각할 때마다 냉동 계수는 차가운 냉매 R22를 1℃ 과냉각할 때마다 0.46씩 증가할 수 있습니다. 0.85 증가했습니다.
(2) 팽창 밸브 앞 액체의 재냉각도를 높이고 스로틀 손실을 더욱 줄이기 위해 압축기 흡입의 과열도를 일정 수준 확보하기 위해, 회수 사이클 냉동 시스템에 추가할 수 있습니다. 재생기의 기능은 압축기가 흡입되기 전에 팽창 밸브 앞의 냉매액과 냉매 증기 사이에서 열을 교환하여 압축기에 흡입된 증기가 과열로 인해 어느 정도의 과열도를 갖게 되는 것입니다. (과열 △q), 압축이 증가합니다. 기계의 소비 전력 (Δw). 따라서 열회수사이클의 냉동계수 향상 여부는 △q/ △w의 비율에 따라 달라진다.
다음은 일반적으로 사용되는 여러 냉매의 열회수 사이클을 사용한 후의 냉동계수와 배기온도의 변화를 보여줍니다.
냉매 R717 R22 R502
냉동계수 증감율 -4.18 -1.88 3.02
토출온도 변화 ℃ 140.3?102 84.7?53.5 66.5?37.3 < /p>
위의 표를 보면 R22 냉매에 대해 회생사이클을 사용한 후 냉동계수가 반드시 증가하는 것은 아니지만 냉동계수는 크게 감소하지 않지만, 건식 압축 열팽창 밸브가 작동하므로 실제로 회복 사이클이 사용됩니다. R502와 R12는 회복주기에 적합합니다. R11과 R717은 냉각계수가 훨씬 낮기 때문에 열회수 사이클에 적합하지 않습니다.
IV. 2단계 증기 압축 냉동 사이클
피스톤 냉동 압축기의 단일 단계 냉동 사이클의 경우 일반적인 상황에서는 일반적으로만 생산할 수 있습니다
증발온도 -25℃~-35℃ 이상. 더 낮은 증발 온도를 얻기 위해 단일 단계 냉동 사이클을 사용하는 경우 다음과 같은 많은 유해 요인이 발생합니다.
(1) 압축기 배기 온도가 매우 높아 과열 손실이 증가할 뿐만 아니라, 뿐만 아니라 냉동 효율도 감소합니다. 계수가 감소하고 윤활유 효과가 저하되어 압축기의 수명과 정상 작동에 영향을 미칩니다.
(2) 정상적인 주변 온도에서는 증발 온도 T0가 낮아지면 압축비(Pk/P0)가 증가하고 압축기의 체적 효율이 감소하며 실제 흡입량이 증가합니다. 냉각 능력이 감소하고 압축비가 특정 값에 도달하면 이때 피스톤 냉장고는 더 이상 냉각을 수행할 수 없습니다.
(3) 조절 손실이 증가하고, 냉매의 단위 냉각 용량이 감소하며, 전력 소비가 증가하고, 냉동 계수가 감소합니다.
(4) 증발 온도가 너무 낮으면 냉동 시스템의 작동 조건이 압축기 표준에 지정된 설계 및 사용 조건을 초과하여 허용할 수 없는 위험한 상황이 발생할 수 있습니다. 예를 들어, 피스톤 압축기(냉매 R22)의 압축비는 6(고온 기계) 및 16(저온 기계)보다 클 수 있으며 압력 차이(Pk-P0)는 1.6MPa보다 클 수 없습니다. 스크류 압축기 토출(냉매 R22) 가스 온도는 105℃보다 높을 수 없습니다. 냉매 R22의 압축비가 ?10일 때, 단일 단계 압축이 채택되고, 압축비가 ?일 때 압축비는 gt입니다. 도 10에서, 2단 압축이 채택되고, 냉매 R717의 압축비가 τ8인 경우 gt;8과 비교하여 2단 압축이 사용된다. 따라서 피스톤 압축기의 경우 T0가 -25~-35℃보다 낮을 경우 바이폴라 냉동사이클을 이용하면 위의 문제점을 개선할 수 있다. 스크류 압축기의 경우 우수한 오일 냉각 장치로 인해 배기 온도가 피스톤 압축기보다 낮고 허용 압축비 및 압력 차이가 더 큽니다. 따라서 일반적인 스크류 압축기 1단 냉동 사이클은 약 -40°C의 저온을 생성할 수 있습니다(Tk는 40°C ~ 45°C 사이). 공기원 히트펌프 장치의 압축기는 적어도 증발 온도 -15°C ~ 15°C(2단계 압축은 -35°C에 도달할 수 있음) 및 응축 온도 65°C에서 정상적으로 작동할 수 있어야 합니다. .
다음 그림은 2단 압축 냉동 사이클의 개략도입니다.
2단 압축 냉동 사이클은 일반적으로 재증발 증기 분리기(이코노마이저)와 인터쿨러를 사용합니다. 다음은 인터쿨러를 사용한 2단 압축 냉동 사이클을 설명합니다. 이 사이클에서 증발기의 냉매 증기는 직렬로 연결된 두 개의 압축기(인터쿨러 포함) 또는 릴레이 방식으로 동일한 압축기의 두 실린더 세트에 의해 압축됩니다. 각 단의 압축비와 배기온도는 압축기의 사용조건과 일치하며, 동일한 냉동능력을 갖는 단일단 냉동사이클보다 낮은 증발온도 T0를 얻을 수 있으며, 그래서 더 경제적입니다. 다음은 일반적으로 사용되는 2단 압축 냉동사이클을 소개합니다.
1회의 스로틀링과 완전 인터쿨링이 포함된 2단계 압축 냉동 사이클은 소위 완전 인터쿨링이란 저압 단계 압축 단계의 과열 증기가 인터쿨러에서 포화 상태로 완전히 냉각되는 것을 의미합니다. , 아래 그림과 같이:
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암모니아 냉동 시스템의 배기 온도가 높고 흡입 과열도가 클 수 없기 때문에 이 사이클 형태는 암모니아 2단에서 널리 사용됩니다. 냉동 시스템.
이 시스템의 특징은 완전 중간 냉각을 사용하므로 과열 손실을 줄일 수 있으므로 단일 스테이지보다 전력 소비가 적고 냉각 계수가 크다는 것입니다. 중간 압력 Pm=(Pk.P0)0.5
암모니아 2단계 압축의 최적 중간 온도 tjia=0.4 Tk 0.6T0 3 ℃
T0: 증발 온도 Tk: 응축; 온도
압축비 = Pk/P0 Pk: 응축 압력 P0: 증발 압력
냉각 용량 Q0을 알면 증발기를 통과하는 냉매 질량 유량 Mr, Mr = Q0 /(h1-h8)
냉동사이클 압축기의 이론적인 총 소비전력은 Pth, Pth= Pth1 Pth2
Pth1은 저압단의 이론적인 소비전력 압축기(KW) < /p>
Pth2는 고압단 압축기의 이론적인 전력 소비(KW)입니다.
그러면 이론적인 냉동 계수?th= Q0/ Pth
< p> 5. 결론기술 현대화의 발전과 국민생활수준의 지속적인 향상으로 인해 공업, 농업, 국방, 건설 등 국민경제의 다양한 분야에서 냉동의 역할과 위상이 높아지고 있다. , 그리고 과학은 점점 더 중요해지고 있습니다. 특히, 생활 수준에 대한 사람들의 요구 사항이 높아지고 있으며 다양한 식품 저장 온도가 다릅니다. 2단계 압축은 더 낮은 온도 요구 사항을 충족할 수 있으며 사람들은 계절에 관계없이 신선한 음식을 맛볼 수 있습니다. 농업 및 축산업에서는 저온에서 작물 종자를 처리하여 인공 기후 묘목실을 구축하는 데 냉장이 사용됩니다. 냉동은 의료, 건강 관리, 산업 생산에서 점점 더 중요한 역할을 하고 있습니다. 요컨대, 본 논문의 연구를 통해 나는 냉동 시스템의 원리를 포괄적으로 이해하고 냉동 계수를 향상시키기 위한 방안에 대해 어느 정도 이해하게 되었다.
참고 자료
Wu Yezheng 냉동 원리 및 장비 Xi'an Jiaotong University Press
Yu Chibin Practical Refrigeration and Air Conditioning Engineering Manual Machinery Industry Press
< p> 더 많은 고위 냉동 기술자 전문 논문을 보려면 다음 페이지를 클릭하십시오.