kylmäkone & lämpöpumppu termodynaamisena systeeminä
TRANSCRIPT
![Page 1: Kylmäkone & Lämpöpumppu termodynaamisena systeeminä](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081512/588173d01a28abf7478b6599/html5/thumbnails/1.jpg)
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
![Page 2: Kylmäkone & Lämpöpumppu termodynaamisena systeeminä](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081512/588173d01a28abf7478b6599/html5/thumbnails/2.jpg)
TOIMINTAPERIAATE
• Termodynamiikan toinen laki
• Carnot’n kierto• Idealisaatio lämpövoimakoneesta• Hyötysuhde mahdollisimman suuri
• Kylmäkoneissa käytössä käänteinen Carnot’n kierto
![Page 3: Kylmäkone & Lämpöpumppu termodynaamisena systeeminä](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081512/588173d01a28abf7478b6599/html5/thumbnails/3.jpg)
CARNOT’N KIERTO
![Page 4: Kylmäkone & Lämpöpumppu termodynaamisena systeeminä](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081512/588173d01a28abf7478b6599/html5/thumbnails/4.jpg)
CARNOT -HYÖTYSUHDE
• Suurin mahdollinen hyötysuhde• Täydellinen palautuvuus• Häviöttömät prosessit
• Ei todellisuudessa mahdollinen
• Käytetään kylmä- ja lämpökertoimen tarkistamiseen• Ei voi olla suurempi kuin Carnot- hyötysuhde
![Page 5: Kylmäkone & Lämpöpumppu termodynaamisena systeeminä](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081512/588173d01a28abf7478b6599/html5/thumbnails/5.jpg)
KYLMÄKONE
• Tarkoitus pitää kylmävarastoa ympäristöään kylmempänä
• Käyttökohteita• Jääkaappi• Kylmävarasto• Ilmastointi
• Turbiinin tilalla paisuntaventtiili
![Page 6: Kylmäkone & Lämpöpumppu termodynaamisena systeeminä](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081512/588173d01a28abf7478b6599/html5/thumbnails/6.jpg)
TODELLINEN KYLMÄKONEKIERTO
![Page 7: Kylmäkone & Lämpöpumppu termodynaamisena systeeminä](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081512/588173d01a28abf7478b6599/html5/thumbnails/7.jpg)
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
![Page 8: Kylmäkone & Lämpöpumppu termodynaamisena systeeminä](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081512/588173d01a28abf7478b6599/html5/thumbnails/8.jpg)
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
![Page 9: Kylmäkone & Lämpöpumppu termodynaamisena systeeminä](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081512/588173d01a28abf7478b6599/html5/thumbnails/9.jpg)
KYLMÄAINEEN VALINTA
• Valintaan vaikuttavia tekijöitä• Höyrystymis- ja lauhtumislämpötilat• Kompressorin tyyppi• Keskipakokompressori matalilla höyrystymispaineissa• Mäntäkompressori korkeammat paineet
• Hinta
![Page 10: Kylmäkone & Lämpöpumppu termodynaamisena systeeminä](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081512/588173d01a28abf7478b6599/html5/thumbnails/10.jpg)
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
![Page 11: Kylmäkone & Lämpöpumppu termodynaamisena systeeminä](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081512/588173d01a28abf7478b6599/html5/thumbnails/11.jpg)
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
![Page 12: Kylmäkone & Lämpöpumppu termodynaamisena systeeminä](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081512/588173d01a28abf7478b6599/html5/thumbnails/12.jpg)
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
![Page 13: Kylmäkone & Lämpöpumppu termodynaamisena systeeminä](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081512/588173d01a28abf7478b6599/html5/thumbnails/13.jpg)
HARJOITUS
• Laske a) Kompressorin teho(kW), b) COP, c) Carnot’n lämpöpumppukierron COP, kun lämpövarastojen lämpötilat ovat 20°C & 5°C
![Page 14: Kylmäkone & Lämpöpumppu termodynaamisena systeeminä](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081512/588173d01a28abf7478b6599/html5/thumbnails/14.jpg)
PH-PIIRROS
![Page 15: Kylmäkone & Lämpöpumppu termodynaamisena systeeminä](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081512/588173d01a28abf7478b6599/html5/thumbnails/15.jpg)
RATKAISU
• Lasketaan massavirta:
• Lasketaan kompressorin teho:
• Lasketaan lämpökerroin:
• Lasketaan Carnot lämpökerroin
![Page 16: Kylmäkone & Lämpöpumppu termodynaamisena systeeminä](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081512/588173d01a28abf7478b6599/html5/thumbnails/16.jpg)
LÄHTEET
• Kylmälaitoksen suunnittelu• Principles of engineering thermodynamics• https://
fi.wikipedia.org/wiki/Carnot%E2%80%99n_kierto