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蒸気圧縮冷凍サイクル

1834
  • Oliver Evans
  • Jacob Perkins
  • Alexander Twining
Vapor-compression refrigeration system in mechanical engineering lab.

(画像はイメージです)

蒸気圧縮サイクルとは 熱力学 ほとんどのヒートポンプで使用されているプロセスです。このプロセスは、冷媒蒸気の圧縮、熱を放出しながら高圧液体への凝縮、バルブを通して低圧の液体/蒸気混合物への膨張、そして熱を吸収しながら低圧蒸気への蒸発という4つの段階から構成されます。このサイクルは、熱エネルギーをその自然な流れの方向とは逆方向に効果的に移動させます。

蒸気圧縮サイクルは、現代の冷凍および暖房の基礎となるものである。 ポンプ テクノロジー。それは物理原理を活用しています。 潜熱 気化とは、物質が液体と気体の間で相変化する際に、大量のエネルギーを吸収または放出する現象である。このサイクルでは、冷媒と呼ばれる揮発性の流体が使用される。

このプロセスは、低圧・低温の冷媒蒸気をコンプレッサーに取り込み、高圧・高温の過熱蒸気に圧縮することから始まります。これには相当な機械的仕事量が必要です。次に、高温の蒸気は凝縮器(熱交換器)に流れ込み、そこでより暖かい環境(例えば、夏の外気)に熱を放出し、高圧の液体に凝縮します。第3段階は膨張弁(またはキャピラリーチューブ)で、高圧の液体が急激に圧力低下を起こし、フラッシングと呼ばれる現象が発生します。これにより、低圧・低温の液体と蒸気の混合物が生成されます。最後に、この冷たい混合物は蒸発器(別の熱交換器)に入り、より冷たい環境(例えば、夏の室内空気)から熱を吸収し、残りの液体を沸騰させて蒸気にします。この低圧の蒸気はコンプレッサーに戻り、サイクルが繰り返されます。凝縮器と蒸発器の役割を逆転させることで、このシステムは冷房ではなく暖房を提供することができます。

UNESCO Nomenclature: 3322
機械工学

タイプ

熱力学サイクル

混乱

革命的

使用法

広く普及している

前駆物質

  • ジョセフ・ブラックによる潜熱の理解
  • ボイルの法則とシャルルの法則は、気体の挙動を記述するものである。
  • 産業プロセス向け初期機械式圧縮機の開発
  • エーテルなどの揮発性液体は、急速な蒸発によって冷却効果をもたらすという発見

アプリケーション

  • 家庭用冷蔵庫と冷凍庫
  • 建物および車両用空調システム
  • 食品加工工場および化学工場向けの工業規模の冷凍設備
  • cryogenics のために liquefaction of gases like nitrogen and oxygen
  • 大型業務用HVACシステム用チラー

特許:

  • GB Patent 6662 (Jacob Perkins, 1834)

潜在的なイノベーションのアイデア

  • oil-free magnetic bearing compressors to eliminate friction losses and improve reliability
  • microchannel heat exchangers for condensers and evaporators to increase surface area and heat transfer efficiency
  • electronic expansion valves for precise refrigerant flow control, improving efficiency over a wider range of conditions
  • refrigerant-free cycles using magnetic (magnetocaloric) or 音響 (thermoacoustic) principles
  • miniaturized vapor-compression cycles for cooling personal electronics and micro-robotics
  • cascade refrigeration systems using multiple nested cycles with different refrigerants to achieve ultra-low temperatures
  • ejector-enhanced refrigeration cycles that use waste heat to reduce compressor workload
  • development of low global warming potential (gwp) refrigerants to replace traditional hfcs
  • solar-thermal powered absorption-compression hybrid cycles
  • integrated systems that use the waste heat from the refrigeration cycle for domestic water heating
Related to: vapor-compression, refrigeration cycle, refrigerant, compressor, condenser, expansion valve, evaporator, thermodynamics, phase change, heat transfer.

歴史的背景

蒸気圧縮冷凍サイクル

-500
1750
1788
1834
1850
1850
1850
-500
1700
1761
1807-01-01
1850
1850
1850
1850

(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

10年目 周年

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