Next: 3.5 Polttomoottori Ylös: 3. Ensimmäinen laki Edellinen: 3.3 Carnot’n kierto Sisällysluettelo Sisällysluettelo

Alaluvut

• • 3.4.0.1 Kylmäkoneiden laitteisto

Karnot’n kiertoa on käytetty tehonlähteenä, mutta sitä voidaan ajaa myös käänteisesti. Silloin systeemiin tulee nyt nettotyötä ja systeemistä poistuu nettolämpöä. Korkeammassa lämpötilassa hylätään lämpömäärä ja alemmassa lämpötilassa absorboidaan lämpömäärä . Edellinen näistä on konvention mukaan negatiivinen ja jälkimmäinen positiivinen. Tuloksena on, että systeemissä tehdään työtä, lämpöä otetaan matalan lämpötilan lähteestä ja hylätään korkean lämpötilan lähteeseen. Sanat ”matala” ja ”korkea” ovat suhteellisia, ja matalalämpötilalähde voi olla täysi luokkahuone helteisenä päivänä, jolloin lämmöntalteenotto käytetään huoneen jäähdyttämiseen. Kierto sekä lämmön- ja työnsiirrot on esitetty kuvassa 3.6. Tässä toimintatilassa sykli toimii jääkaappina tai lämpöpumppuna. Se, mistä maksamme, on työ, ja se, mitä saamme, on poistetun lämmön määrä. Tämäntyyppisten laitteiden ametrinen arvo on tehokerroin, joka määritellään seuraavasti:

Kuva 3. Jäähdytyskierto.6:Carnot’n jääkaapin toiminta

Carnot’n kiertokululle tiedämme sisääntulevan ja ulostulevan lämmön suhdeluvut, kun kiertokulku ajetaan eteen päin, ja koska kiertokulku on käännettävissä, suhdeluvut ovat samat, kun kiertokulku ajetaan taaksepäin. Tehokerroin saadaan näin ollen absoluuttisten lämpötilojen suhteen seuraavasti

Tämä voi olla paljon suurempi kuin yksikkö.

Piirretyt Carnot’n syklit perustuvat ideaalikaasun käyttäytymiseen. Eri väliaineissa ne näyttävät kuitenkin erilaisilta. Näemme esimerkin, kun käsittelemme kaksifaasitilanteita. Kaikissa Carnot’n sykleissä, jotka toimivat kahden saman lämpötilan välillä, hyötysuhde on sama väliaineesta riippumatta.

3.4.0.1 Jääkaapin laitteisto

Tyypillisesti jääkaappianalyysin termodynaaminen järjestelmä on kuvassa 3.7 esitetyn silmukan ympärillä kiertävä työväliaine, kylmäaine. Kylmäaineen sisäistä energiaa (ja lämpötilaa) nostetaan ja lasketaan vuorotellen silmukassa olevien laitteiden avulla. Työneste on yhdessä pisteessä kylmempi kuin jääkaapin ilma ja toisessa pisteessä kuumempi kuin ympäristö. Siten lämpö virtaa sopivaan suuntaan, minkä osoittavat lämmönvaihtimien kaksi nuolta.

Kuva 3.7:Kotimaisen jääkaapin kaaviokuva

Kuvaamme prosessia yksityiskohtaisemmin kaaviossa oikeasta yläkulmasta alkaen. Ensin kylmäaine kulkee pienen turbiinin tai paisuntaventtiilin läpi. Näissä laitteissa kylmäaine tekee työtä, jolloin sen sisäinen energia laskee pisteeseen, jossa kylmäaineen lämpötila on alhaisempi kuin jääkaapissa olevan ilman lämpötila. Lämmönvaihtimen avulla siirretään energiaa jääkaapin sisältä kylmään kylmäaineeseen, mikä alentaa sisäilman sisäenergiaa ja nostaa kylmäaineen sisäenergiaa. Tämän jälkeen käytetään pumppua tai kompressoria, joka tekee työtä kylmäaineelle, lisää siihen lisäenergiaa ja nostaa siten sen sisäistä energiaa entisestään. Sähköenergiaa käytetään pumpun tai kompressorin käyttämiseen. Kylmäaineen sisäinen energia nostetaan pisteeseen, jossa sen lämpötila on kuumempi kuin ympäristön lämpötila. Tämän jälkeen jäähdytysaine johdetaan lämmönvaihtimen läpi (usein käämit jääkaapin takaosassa), jolloin energia siirtyy jäähdytysaineesta ympäristöön. Tämän seurauksena kylmäaineen sisäinen energia vähenee ja ympäristön sisäinen energia kasvaa. Jääkaapin sisällön sisäinen energia ja kompressorin tai pumpun käyttämiseen käytetty energia siirtyvät tässä vaiheessa ympäristöön. Jäähdytysaine jatkaa sitten eteenpäin turbiiniin tai paisuntaventtiiliin, jolloin sykli toistuu.

seuraava: Seuraava: 3.5 Polttomoottori Ylös: 3. Ensimmäinen laki Edellinen: 3.3 Carnot’n kierto Sisällysluettelo Hakemisto

UnifiedTP