A kompresszorok szerepe, típusai, működése a hűtéstechnikában

Önmagától nem működik a hűtő körfolyamat, ezért kell energiát befektetni.

1. ábra A kompresszor blokkvázlata

Követelmények:

1.     Élettartama 5-10-szerese a belső égésű motornak, mert nagyon sokat üzemelnek.

2.     Energetikai hatásfok (cop), környezetvédelem

3.     zaj

2. ábra Az egyfokozatú hűtőberendezés kapcsolási rajza és a komprimálás folyamata a logp-h diagramon

A kompresszorok fajtái:

3. ábra A kompresszorok csoportosítása

A kompresszorok csoportosítása:

Térfogat-kiszorításos elven működő kompresszor

A kompresszor a beszívott hűtőközeget kisebb térfogatra szorítja, így magasabb nyomásra emeli. Az ilyen kompresszor szakaszosan szállítja a hűtőközeget és nem folyamatosan. Ezek a dugattyús kompresszorok. Nagyobb nyomásviszonyoknál alkalmazhatók.

Áramlástani elven működő kompresszor

A kinetikus energiát átalakítjuk nyomási energiává. Ezek a turbókompresszorok, melyek nagy térfogatáram szállítására képesek. Kisebb nyomásviszonyoknál (2-3) alkalmazhatók.

A kompresszorokat lehet úgy is csoportosítani, hogy milyen a kapcsolat a kompresszor és a hajtómotor között.

4. ábra A kompresszor és a hajtómotor kapcsolata

1. Nyitott kompresszor (1800-as évek végétől, de ma már nem alkalmazzák őket)

5. ábra A nyitott kompresszor felépítése

A hermetikus zárást tömítéssel oldják meg, melyet csavarokkal zárnak. A gyűrűs tömszelence alkalmazása a mozgó tengely és a kompresszorház fala között történik.

Cél: hűtőközeg ne menjen ki, így megfelelő zárást kell biztosítani.

Ellenőrzés: a kompresszorház alján nézik egy kis csapon keresztül, hogy csöpög-e olaj kifele, ha nem, akkor nincs olaj, a tömítés nem jó.

Hátrányok

·       felügyelet mellett: rendszeres vagy állandó

·       karbantartást igényel

·       helyfoglalást igényel

·       egytengelyűség fontos

·       helyszíni, hűtőközeg-oldali szerelés

·       hűtőközeg környezetbe kerülése

Előnyök

·       hűtőközeg fajtájától független

·       tág elpárolgási hőmérséklet mellett alkalmazható (LBP, MBP, HBA)

·       villanymotor meghibásodása esetén nem kerülhet semmi a hűtőközegoldalra

·       villanymotor hűtése ventilátorral megoldott

Hűtési tartományok

6. ábra Hűtési tartományok

Ahol p_szívó a szívóoldali nyomás (back pressure), P_kompr a kompresszor teljesítményfelvétele, LBP – low back pressure (fagyasztási tartomány); MBP – middle back pressure (hűtési tartomány); HBP – high back pressure (klímatartomány).

A kompresszorba olyan teljesítményű motort kell kiválasztani, mely biztosítani tudja a hűtési igényt az adott hűtési tartományban. Fontos a villanymotor megfelelő hűtése. Nyitott kompresszor esetén a motorba van beépítve egy ventilátor, és a motor hőjének leadása a környezet felé történik.

Ma már hermetikus kompresszorokat alkalmaznak. Az 1970-es évektől, a freon hűtőközegek elterjedése óta.

7. ábra A hermetikus kompresszorok csoportosítása

A freon hűtőközeg kifejlesztése Amerikában történt. Biztonságos hűtőközegnek is nevezik, mert a villanymotor részeit nem támadja meg, nem degradálja.

Félhermetikus kompresszor

Előnye, hogy szét lehet szedni, és az alkatrészeket lehet pótolni.

8. ábra A félhermetikus kompresszor felépítése

Teljesen hermetikus kompresszor
   

9. ábra A teljesen hermetikus kompresszor felépítése

Semmilyen szivárgás nem lehet a környezet felé, de ha tönkremegy egy alkatrésze, nem lehet javítani, ki kell dobni.

Általában a villanymotor szokott idővel tönkremenni a kompresszor esetén. A gyártók a kompresszor méretét egyre jobban csökkentik annak érdekében, hogy a hűtőberendezés minél nagyobb lehessen.

Félhermetikus-hermetikus kompresszor

Előnyök:

·       nincs csúszó gyűrűtömítés

·       kisebb helyigény

·       gyárilag adható az egytengelyűség

·       szakfelügyelet lényegesen kevesebb

·       hűtőközeg a környezetbe nem kerülhet

·       kevesebb anyagfelhasználás

Hátrányok:

·       alkalmazási adott hűtési tartományra fejlesztett kompresszort csak abban a tartományban lehet alkalmazni

·       motor hűtése (átszívásos)

·       megfelelő hűtőközeg és olaj

10. ábra A dugattyús kompresszor belső szerkezeti kialakítása

A komprimáláskor hirtelen megnő a nyomás, és ekkor a hűtőközeg-folyadékcseppek (melyek a változó terhelés miatt bekerülhetnek a kompresszorba) tönkretehetik a kompresszort, az széttörhet.

Hamisfedél: a zárást biztosítjuk, mely megakadályozza azt a problémát, nagyobb keresztmetszetet biztosít a folyadék távozásához a kompresszorból.

11. ábra A biztonsági szelep alkalmazása a hűtőberendezés védelméhez

Az olaj hideg állapotban szereti a hűtőközeget, oldódik benne. Hirtelen induláskor a szívóoldalon csökken a nyomás és az olaj-hűtőközeg elegy felhabozhat a karterben, és a kompresszor tönkremehet. E probléma elkerülésére karterfűtést, azaz egy villamos fűtést építenek be a kompresszor karterébe. Az indítás előtt 24 órával be kell kapcsolni és megfelelő hőmérsékleten kell tartani az olajat, így az olaj nem fog oldódni a hűtőközegben.

Kompresszor veszteségei

A hűtőközeg a kompresszor után belép a kondenzátorba. Állandó nyomást feltételezünk az elméleti körfolyamatnál. A valóságban azonban: a kondenzátornál is, az elpárolgásnál is van nyomásveszteség.

Nincs hőcsere a környezettel. Valós esetben a szíváskor a hűtőközeg hőmérséklete alacsonyabb, mint a kompresszortest hőmérséklete, kitoláskor fordítva.

A csővezetékekben is van nyomásesés. A veszteségek befolyásolják a hűtő körfolyamatot.

A kompresszor veszteségei dugattyús kompresszor esetén:

A kompresszor feladata: két nyomás között kompresszálja a hűtőközeget, szállítja elpárolgási nyomásról kondenzációs nyomásra. Elméletben a dugattyú teljes mértékben kitolja magából a hűtőközeget.

Káros tér: dugattyú felső holtpontja és a henger teteje közötti tér.

A kitolás során nem lehet 100%-ban kiüríteni a hengert, a valóságban mindig visszamarad valamennyi hűtőközeg (V_K: komprimált tér).

Szelepek: szívó- és nyomószelepek → rugós szelepek

Szívószelep nyit, ha a hengerben uralkodó nyomás alacsonyabb, mint az elpárolgási nyomás.

Nyomószelep: nyit, ha a hengerben uralkodó nyomás magasabb, mint a kondenzációs nyomás.

Emellett a szelepeknek van saját ellenállása is.

A kompresszálás kezdetén a kompresszortest melegíti a hűtőközeget egészen addig, amíg a hőmérséklet-különbség azonos lesz a test és a hűtőközeg között, majd a hűtőközeg hőmérséklete tovább nő, és megfordul a hőáram, a hűtőközeg fogja hevíteni a kompresszortestet.

12. ábra A komprimálás folyamata elméleti és valós esetben

13. ábra A kompresszor indikált diagramja

Ahol V_H a henger térfogata, V_K a hűtőközeg töltettérfogata, V_e a káros tér, V_L a lökettérfogat.

Káros tér (V_e)

A visszamaradó hűtőközeg nem engedi, hogy a hűtőközeg szíváskor beáramoljon a hengerbe. Ehhez kell egy többletmunka.

A szívószelep, mint egy penge, nyomáskülönbség hatására nyit vagy zár. Akkor nyit, ha a hengerben uralkodó nyomás alacsonyabb, mint az elpárologtatót elhagyó hűtőközeg nyomása.

Kitoláskor fordítva: a hengerben uralkodó nyomás magasabb kell, hogy legyen, mint a kompresszort elhagyó nyomás, azaz a kondenzációs nyomás.

Elméleti komprimálás: nincs nyomásveszteség sem a szívó-, sem a nyomóoldalon, és káros tér nincs.

A dugattyú alternáló mozgást végez az alsó (AHP) és a felső holtpont (FHP) között.

Valós eset:

Káros tér: V_e → valamennyi térfogat visszamarad, nem tudjuk 100%-ban kiüríteni a hengert, valamennyi hűtőközeg visszamarad a káros térben.

V_L: lökettérfogat

Ahhoz hogy a szívásnál belépjen a hűtőközeg a hengerbe, a hengerben lévő nyomás alacsonyabb kell, hogy legyen az elpárolgási nyomásnál. Ahhoz pedig, hogy kitolja, nagyobb kell, hogy legyen a nyomás a hengerben a kitoláskor, mint a kondenzációs nyomás. Ekkor nyílnak a szelepek a kompresszorban. Ahhoz azonban, hogy a szelep nyisson, még több munkát kell befektetni, hogy legyőzzük a szelep saját ellenállását szíváskor.

Valós esetben a kompresszor kevesebbet szállít, mint elméletben.