Alt soğutma - Subcooling
Terimi, alt soğutma (aynı zamanda aşırı soğuma ) normal altında bir sıcaklıkta, mevcut bir sıvı anlamına gelir kaynama noktası . Örneğin, su 373 K'da kaynar; oda sıcaklığında (293 K) su "aşırı soğutulmuş" olarak adlandırılır. Aşırı soğutulmuş bir sıvı, örneğin soğutkanların bir soğutma döngüsünün geri kalan aşamalarından geçebildiği uygun durumdur . Normalde, bir soğutma sistemi, teknisyenlerin soğutucunun çevrimdeki bir sonraki adıma ulaştığı kalitenin istenen kalite olduğundan emin olmalarını sağlayan bir alt soğutma aşamasına sahiptir . Alt soğutma, ısı eşanjörlerinde ve bunların dışında gerçekleşebilir. Hem benzer hem de ters süreçler olduğundan, aşırı soğutma ve aşırı ısıtma , bir soğutma sisteminin kararlılığını ve iyi işleyişini belirlemek için önemlidir.
Başvurular
Genleşme valfi çalışması ve kompresör güvenliği
Normalde alt soğutma kullanılır, böylece soğutucu termostatik genleşme vanasına ulaştığında, tamamı sıvı formdadır , böylece vananın düzgün çalışmasını sağlar. Eğer gaz genleşme vanasına istenmeyen olayların bir dizi oluşabilir. Bunlar, flaş gaz fenomeni ile gözlemlenenlere benzer davranışlara yol açabilir : döngü boyunca petrol regülasyonunda sorunlar ; aşırı ve gereksiz güç kullanımı ve elektrik israfı ; kurulumdaki birkaç bileşenin arızası ve bozulması; genel sistemlerin düzensiz performansı ve izlenmemiş bir durumda ekipmanı mahvetti.
Alt soğutmanın diğer bir önemli ve yaygın uygulaması, aşırı ısıtma işleminde dolaylı kullanımıdır. Aşırı ısıtma, işlevsel bir şekilde alt soğutmaya benzer ve her iki işlem de dahili bir ısı eşanjörü kullanılarak birleştirilebilir. Burada alt soğutma, aşırı ısıtmadan kendisine hizmet eder ve bunun tersi de, ısının soğutucudan daha yüksek bir basınçta (sıvı) daha düşük basınçlı olana (gaz) akmasına izin verir . Bu, enerji kaybı olmadığında aşırı soğutma ve aşırı ısınma fenomeni arasında enerjik bir eşdeğerlik yaratır . Normalde, aşırı soğutulan akışkan, aşırı ısıtılmakta olan soğutucu akışkandan daha sıcaktır ve ihtiyaç duyulan yönde bir enerji akışına izin verir. Aşırı ısınma, kompresörlerin çalışması için kritiktir çünkü eksik bir sistem kompresöre bir sıvı gaz karışımı sağlayabilir , bu durum genellikle sıvı sıkıştırılamaz olduğu için gaz kompresörünün tahrip olmasına yol açar. Bu, aşırı ısıtma işlemi için aşırı soğutmayı kolay ve yaygın bir ısı kaynağı haline getirir.
Sistem optimizasyonu ve enerji tasarrufu
Alt soğutma işleminin kondenserin dışında (dahili bir ısı eşanjöründe olduğu gibi) gerçekleşmesine izin vermek, yoğuşturma cihazının tüm ısı alışverişi kapasitesini kullanma yöntemidir . Soğutma sistemlerinin büyük bir kısmı, çok etkili ve basit olmasına rağmen, nominal yoğunlaştırma kapasitesinde azalan bir faktör olarak kabul edilebilecek, aşırı soğutma için kondansatörün bir kısmını kullanır. Buharlaştırıcıda meydana gelen aşırı ısınma ile benzer bir durum bulunabilir, bu nedenle bir dahili ısı eşanjörü, ısı değişim kapasitesinin maksimize edilmesi için iyi ve nispeten ucuz bir çözümdür .
Alt soğutmanın bir başka yaygın uygulaması da güçlendirme ve tasarruf etmektir . Aşırı ısınma, aşırı soğutma veya alt soğutma işleminde sıvı soğutucudan çekilen ısı miktarının tersine, sistemin soğutma kapasitesindeki bir artış olarak kendini gösterir. Bu, yoğunlaşmadan (aşırı soğutma) sonra herhangi bir ekstra ısı tahliyesinin , döngünün diğer aşamalarında daha yüksek bir ısı emilimi oranına izin verdiği anlamına gelir . Aşırı ısınmanın tam tersi bir etkisi vardır. Tek başına dahili bir ısı eşanjörü sistemin kapasitesini artıramaz çünkü aşırı soğutmanın artırıcı etkisi aşırı ısınma tarafından azaltılır ve net kapasite kazancı sıfıra eşit olur. Bazı sistemler soğutucuyu hareket ettirebilir ve / veya daha az enerji kullanarak ısıyı giderebilir çünkü bunu daha sonra daha düşük basınçlı ( soğutması daha zordur ) soğutan veya aşırı soğutan yüksek basınçlı sıvılarda yaparlar .
Doğal ve yapay alt soğutma
Alt soğutma işlemi birçok farklı şekilde gerçekleşebilir; bu nedenle, sürecin gerçekleştiği farklı kısımları ayırt etmek mümkündür. Normalde aşırı soğutma , kolaylıkla ölçülebilen sıcaklık düşüşünün büyüklüğüne atıfta bulunur , ancak kaldırılan toplam ısı açısından aşırı soğutmadan bahsetmek mümkündür. En yaygın olarak bilinen alt soğutma, kondansatörün içinde, sıvı tamamen yoğunlaştıktan hemen sonra yoğunlaştırma ünitesinden ayrılana kadar meydana gelen toplam sıcaklık düşüşü olarak bilinen kondansatör aşırı soğutmadır .
Kondansatör aşırı soğutması, toplam aşırı soğutmadan farklıdır, çünkü kondenserden sonra, boru tesisatı boyunca, soğutucu, genleşme valfine ulaşmadan önce doğal olarak daha da fazla soğuma eğiliminde olabilir ve ayrıca yapay aşırı soğutma nedeniyle . Toplam aşırı soğutma, soğutucunun gerçek yoğunlaşma sıcaklığından genleşme vanasına ulaştığında sahip olduğu beton sıcaklığına kadar maruz kaldığı tam sıcaklık düşüşüdür: bu etkili alt soğutmadır.
Doğal alt soğutma , normal olarak, herhangi bir ısı eşanjörü hariç, yalnızca boru hattında meydana gelen sıcaklık düşüşü ile birlikte, kondenserin içinde üretilen sıcaklık düşüşüne (kondansatör aşırı soğutma) verilen addır. Orada hiçbir zaman mekanik alt soğutma ( örneğin, bir dahili ısı değiştirici), doğal alt soğutma toplam alt soğutma eşit olmalıdır. Öte yandan, mekanik aşırı soğutma, aşırı soğutma oluşturmak için kasıtlı olarak yerleştirilen herhangi bir yapay işlem tarafından düşürülen sıcaklıktır. Bu kavram, esas olarak dahili ısı eşanjörleri, bağımsız alt soğutma kademeleri, ekonomizörler veya güçlendiriciler gibi cihazları ifade eder.
Ekonomizör ve enerjik verimlilik
Alt soğutma fenomeni, soğutma sistemlerindeki verimlilikle yakından ilgilidir . Bu, sahada birçok araştırmaya yol açtı. İlginin çoğu, bazı sistemlerin daha iyi (daha yüksek) çalışma basınçları nedeniyle diğerlerinden daha iyi koşullarda çalışması ve bir alt soğutma döngüsünün parçası olan kompresörlerin genellikle sıvı alt soğutmalı kompresörlerden daha verimli olması gerçeğidir. .
Ekonomizer özellikli vidalı kompresörler üretiliyor ve bu da özel imalat ustalığı gerektiriyor. Bu sistemler, ana evaporatör yerine dahili bir ısı eşanjöründen gelen soğutucu akışkanı, sıkıştırma vidalarının son kısmında enjekte edebilmektedir. Adı geçen ısı eşanjöründe, yüksek basınçtaki soğutucu akışkan aşırı soğutulur ve bu da mekanik aşırı soğutma ile sonuçlanır. Ayrıca, güçlendirici ekranda inşa edilen çok sayıda sistem var. Bu, kompresörlerden birinin (daha yüksek basınçlarda çalışan) kompresör verimliliğinin diğerinden (daha düşük basınçlarla çalışan kompresörler) daha iyi olduğu bilindiğinden, tasarruf etmeye benzer. Ekonomizörler ve hidrofor sistemleri, genellikle ilklerinin aynı alt soğutmayı ekonomik hale getirebilen tek bir kompresör kullanarak yapabildikleri gerçeğinde farklılık gösterirken, ikinci sistemler işlemi iki ayrı kompresörle yapmalıdır.
Arttırma ve tasarruf etmenin yanı sıra, sıvıyı benzer ve ayrı bir sistemle aşırı soğutabilen kademeli alt soğutma sistemleri üretmek mümkündür. Bu prosedür karmaşık ve maliyetlidir çünkü komple bir sistemin ( kompresörler ve tüm dişli ile birlikte) yalnızca aşırı soğutma için kullanılmasını içerir. Yine de, iddia edilen bazı faydalar olduğu için fikir bazı araştırmaları gündeme getirdi. Ayrıca, Amerika Birleşik Devletleri Enerji Bakanlığı , sistemlerin performansını iyileştirmenin ve enerji tasarrufu sağlamanın güvenilir bir yolu olarak soğutucu akışkanın aşırı soğutulmasından bahseden bir Federal Teknoloji Uyarısı yayınladı . Bu tür bir sistemin işletimsel olarak ana sistemden bağımsız ve ticari olarak mümkün kılınması söz konusu iddialar nedeniyle çalışmaya konu olmaktadır. Alt soğutma ünitesinin ana çevrimden ayrılmasının (tasarım açısından) ekonomik olarak uygun bir alternatif olduğu bilinmemektedir. Bu tür bir sistem genellikle akışkan termodinamik koşullarını izlemek için pahalı elektronik kontrol sistemlerinin kullanılmasını gerektirir. Son zamanlarda, Şili'de herhangi bir jenerik spesifik olmayan soğutma sistemine mekanik alt soğutma ekleyerek sistemin kapasitesini artırabilen bir ürün geliştirildi .
Tüm bu uygulamaların ardındaki alt soğutma prensibi, ısı transferi açısından, tüm alt soğutmanın doğrudan soğutucunun soğutma kapasitesine eklenmesi gerçeğidir (çünkü aşırı ısıtma doğrudan düşülecektir). Alt soğutmalı kompresörler bu daha kolay koşullarda çalıştıklarından , daha yüksek basınç soğutucu döngülerini daha verimli hale getirmekte ve bu sayede çekilen ısı enerji açısından ana sistem tarafından çektikten daha ucuza gelmektedir .
Transkritik karbondioksit sistemleri
Ortak bir soğutma sisteminde , soğutucu gazdan sıvıya ve sıvıdan tekrar gaza faz değişimlerine uğrar. Bu, aşırı ısınma ve aşırı soğutma olaylarının dikkate alınmasını ve tartışılmasını sağlar, çünkü esas olarak gazın sıvı hale gelmesi için soğutulması ve sıvının gaz haline gelmesi için tekrar ısıtılması gerekir. Akan soğutucunun tamamı için, yetersiz soğutma veya aşırı ısınma olmadan bunu tamamlamanın çok az olasılığı olduğundan, geleneksel buhar sıkıştırmalı soğutmada her iki işlem de kaçınılmazdır ve her zaman ortaya çıkar.
Öte yandan, transkritik sistemler , soğutkanın döngü sırasında başka bir madde durumuna geçmesini sağlar. Özellikle, soğutucu (genellikle karbondioksit ) normal bir yoğunlaştırma sürecinden geçmez, bunun yerine süper kritik bir fazda bir gaz soğutucusundan geçer . Bu koşullar altında yoğuşma sıcaklığı ve aşırı soğutma hakkında konuşmak tamamen mümkün değildir. Bu konuda çok aşamalı süreçler, ejektörler , genişleticiler ve diğer bazı cihazlar ve yükseltmelerle ilgili çok sayıda gerçek araştırma var . Gustav Lorentzen , bu tür sistemler için iki aşamalı dahili alt soğutma dahil olmak üzere döngüde bazı değişiklikleri özetledi. Bu sistemlerin özel doğası nedeniyle, aşırı kritik sistemlerde gaz soğutucudan çıkan akışkanın koşullarının doğrudan sıcaklık ve basınç kullanılarak belirlenmesi gerektiği akılda tutularak aşırı soğutma konusu uygun şekilde ele alınmalıdır.