Kylmetoder

Nedanstående innehåll är skapat av Mimers Brunns besökare. Kommentera arbete

Sammanfattning:

Rapporten handlar om olika principer att alstra kyla!

I det här arbetet har vi försökt att sammanfatta de olika kylmetoderna på ett lättförståeligt sätt, hur de olika kylsystemen är uppbyggda och hur de används.
Kompressorsystem är den vanligaste kylmetoden som används, och fungerar genom att ett kylmediet får gå från ett högt tryck till ett lågttryck och därmed sänks medlets temperatur.
Termoelektriska system fungera på så sätt att en likström leds genom ett kylelement med olika skikt av legeringar. Genom elektronflödet uppstår det en varm sida och en kall sida som då kan utnyttjas till kylning. Vi har lärt oss att peltierelement är en annan beteckning på termoelektriska system.
Absorptionssystem är ett mer invecklat system som går ut på att det upptar värme från dess omgivning.
Kylpåsar innehåller ammoniumnitrat som genom att lösas med vatten sänker temperaturen på en relativ kort tid.

När man använder en komprimerad gas, t.ex. ammoniak, för att skapa kyla i ett system kan man använda sig av förångning.


Nyckelord: kylsystem, absorptionssystem, kylpåsar, förångning.



Innehållsförteckning:
Sammanfattning: 1
Innehållsförteckning: 2
Bilaga 1Inledning: 2
Inledning: 3
Syfte: 3
Metod: 3
Resultat: 4
Olika principer att alstra kyla 4
Ackumulerad kyla 4
Kompressorsystem 5
Termoelektriska system 6
Absorptionssystem 6
Vätskeförångare 7
Köpa eller bygga själv 7
Kylpåsar 8
Diskussion: 9
Litteraturförteckning: 10

Bilaga 1
Inledning:

Det första man kanske tänker på när man hör ordet kyla är förmodligen is och snö eller kylskåp. Vi valde just detta område med olika kylmetoder för att vi är nyfikna på vilka andra metoder det finns för att hålla saker nedkylda eller för att kyla ner något. Hur vi än klurade, vände och vred på uppgiften, som var att ta reda på olika kylmetoder så var det enda vi kunde tänka på KYLSKÅP. Det finns många olika kylskåp, men samtidigt var alla ändå lika konstruerade.
Vi hittade en mängd med information om de traditionella kylskåpen, men det tar vi inte upp ingående här. Här kommer vi istället att börja med att berätta hur det kan fungera ombord på en båt om man vill ha med sig ett kylskåp när man är ute på havet. För där är det inte alltid lika lätt, som när vi är på land, att bara stoppa en kontakt i två hål i väggen för att få ström. Nej, för att hålla maten kall ombord krävs antingen en väldigt god planering med frysklampar eller ett bra kylskåp. De två vanligaste metoderna för att driva ett kylskåp ombord är den termoelektriska och kompressordrivna. Båda kräver dessvärre ström. Det finns också kylskåp som är gasoldrivna och skåp som kyls ned med komprimerad ammoniak. Sedan finns det också andra situationer när man vill utnyttja kyla på ett eller annat sätt, t.ex. i sportsammanhang när någon har slagit sig och fått en bula. Så på slutet tar vi upp lite om kylpåsar och vad de innehåller för kemikalier som genom att blandas för att påsen ska bli kall.


Syfte:

Att få en bredare syn på vilka olika kylmetoder som finns och hur de används.


Metod:

Vi gick på Internet och sökte efter information om de olika kylmetoderna. Vår handledare Sune tipsade oss om olika metoder som vi kunde söka mer fakta om. Där hittade vi både fakta och laborationer som vi genomförde och redovisar senare i den didaktiska bilagan.


Resultat:


Olika principer att alstra kyla

Det första vi tog reda på var hur man gjorde för att få kyla när man är ute med båten. För att börja lite mer tekniskt kan man dela in de olika principerna för att skapa kyla ombord på följande sätt:


Metod Drivmedel Utmärkande egenskap
Kompressor Drivs av elmotor Drivs av motoraxeln Bra verkningsgrad Bra verkningsgrad
Peltierelement Batteri eller generator Dålig verkningsgrad
Absorption Gasol El Fotogen Dålig verkningsgrad Dålig verkningsgrad Dålig verkningsgrad
Förångning av vätska Ammoniak Kan fungera utan el


Omgivningstemperaturen har väldigt stor betydelse för kylskåpets själva funktion. Dels därför att värmeförlusterna blir större ju högre omgivningstemperatur det är och dels därför att verkningsgraden blir allt sämre i kylmaskinen om temperaturskillnaden mellan omgivning och kylskåp är stor. Det första problemet kan då åtgärdas genom en desto effektivare isolering i kylskåpets väggar och det andra problemet löser vi genom att den varma sidan av kylmaskinen kyls ned med hjälp utav sjövatten.


Ackumulerad kyla

Det absolut enklaste sättet för att hålla ett isolerat utrymme svalt eller till och med kallt är att lägga in isblock i det, det var så som ”is-skåp” användes redan på 30-talet. I en nu modernare form använder man "kylklampar". De innehåller ofta en saltlösning som fryser redan under 0 grader. Detta gör att de kan hålla en lägre temperatur längre i utrymmet, än om det inte var något kylande system där alls. Idag används denna princip oftast bara för pick-nick-väskor. I USA är det vanligt att motorbåtar har en kylkompressor med mycket stor kapacitet, som "laddar", d.v.s. fryser, riktigt stora kylklampar, som är fastmonterade i ett kylskåp. Det behövs bara någon enda timmas motordrift för att ge tillräckligt med kyla för ett eller till och med två dygn. På detta sätt utnyttjar man energin som kyla direkt utan att gå omvägen över el.


Kompressorsystem

För stationära kylar och frysar är som ni vet kompressordrift numera helt dominerande. Nu börjar de även bli vanligast även i mobila sammanhang. En kompressor fungerar så att det suger gas, som är köldmediet, exempelvis ammoniak eller butan, från kylelementet i skåpet, även kallat "Kall radiator" eller "Förångare", se figur 1.




Figur 1. Kylkompressorns funktion

Då upprätthålls ett så lågt tryck att köldmediet förångas, varvid det börjar att ta upp värme. Från kompressorn strömmar het gas hela tiden under ett väldigt högt tryck till "Varm radiator" även kallad "Kondensor". Detta är vanligtvis en rörslinga placerad utanpå skåpet. Luften runt omkring eller sjövatten kyler ner den heta gasen så att den sedan kondenserar till vätska. Denna sipprar sedan fram genom en strypning, vanligen ett kapillär-rör, och sedan tillbaka till Kall radiator. I större system används en expansionsventil, som mer sofistikerat reglerar flödet. I figuren råder således lågt tryck motsvarande en kokpunkt av exempelvis -10 grader i den nedre halvan av systemet, och högt tryck motsvarande exempelvis +40 grader i den övre halvan. Båda temperaturerna påverkas av belastningen, d.v.s. hur mycket varma varor som behöver kylas ner och hur varmt det är omkring kondensorn.
För att avgöra kylsystemets tillförlitlighet måste man titta på tätheten. För eldrift används kompressorer som är sammanbyggda med en elmotor och inneslutna i en hopsvetsad kapsling. Elkablarna är allihop insmälta i en glaspropp i väggen. Sådana system behåller gasfyllningen c a: 15 - 25 år.
Kompressordrift är idag den mest energisnåla metoden av dem alla. Kompressorerna tillverkas oftast så att en betydande reservkapacitet finns för nedkylning även vid de högsta aktuella temperaturerna i omgivningen. Vissa faktorer gör att kompressorn ej kan göras hur liten som helst. Även den minsta kompressorn blir ändå stor som en handboll och väger ändå den flera kilo.
Kompressordrivna skåp eller boxar är i regel lite dyrare men också mycket effektivare än de termoelektriska. Båda drar ungefär lika mycket ström men tack vare sin effektivitet går kompressorn endast bråkdelar av tiden för att hålla samma kyla!
Det är inte lätt att säga vad som drar mest ström för det beror även till en stor del på hur skåpet eller boxen är konstruerad och även på placeringen ombord. Andra faktorer som även spelar in är den omgivande temperaturen och hur ofta man öppnar skåpet eller boxen. Det finns inte några jämförbara medelvärden för strömförbrukning, utan fabrikanternas uppgifter gäller endast under vissa kliniska förhållanden. Den enda uppgiften som fabrikanterna kan vara säker på är hur mycket ström som kompressorn eller elementet drar när de är i gång.


Termoelektriska system

En likström leds genom ett kylelement med skikt av olika legeringar. Dessa har valts så att flödet av elektroner gör elementets ena sida kall och den andra sidan varm. Elementet placeras i väggen till ett skåp med den varma sidan utåt. Det förses ibland med aluminiumflänsar på ena eller båda sidorna och en liten fläkt, som blåser rumsluft på utsidans flänsar. Den varma sidan kan också kylas med sjövatten, vilket förbättrar verkningsgraden. Systemet är enkelt och utan rörliga delar med undantag för eventuell fläkt. Det kan göras litet och är därför lämpligt för användning ute till havs. Det finns i så små enheter som picnick-väskor och uppåt. Nackdelen är dess låga verkningsgrad, vilken gör att boxarna ofta får en relativt liten kylförmåga. De förmår då inte hålla + 8 grader när ruffens temperatur går över 25 grader. En nackdel till är att det tar lång tid att kyla maten. Elförbrukningen ställer också stora krav på själva batterikapaciteten i båten.
Termoelektriska skåp eller boxar är billigare än kompressordrivna men de drar mera ström och kan oftast inte komma ner under fryspunkten . Därför kan man inte förvara glass eller göra is till drinkarna i ett sådant! Fördelen med termoelektriskt är både priset och vikten. Dessutom kan många boxar fungera som värmeskåp om strömkällan polvänds. I en del sammanhang kan man prata om Peltierelement, och det är bara en annan beteckning på termoelektriskt system.


Absorptionssystem

Absorptions-system eller Platen-Munters system, kallas ibland Electrolux´ system och tillverkas helt utan rörliga delar. Funktionen är i princip enkel men utförandet är ett synnerligen invecklat system av behållare, värmeväxlare och rör. Energin tillförs i form av värme från el, gasol eller fotogen. Den gasoldrivna versionen används bland annat i husvagnar men är ej tillåten i båtar på grund av den öppna lågan. Verkningsgraden är relativt låg men avsaknaden utav rörliga delar gör systemet driftsäkert.

Vätskeförångare

Ett mer sofistikerat system att skapa kyla är att använda en komprimerad gas, vanligast är ammoniak, som köps i en trycktub, ungefär som gasol, fast med mycket högre tryck. Vid detta tryck är gasen vätskeformig i rumstemperatur. För alla vätskor gäller att kokpunkten blir lägre ju lägre trycket är. Då gasen släpps ut i atmosfären, minskar trycket och en liten del av gasen kokar av, förångas, så att resten kyls ner till kokpunkten vid atmosfärstryck, detta ligger på -33 grader för ammoniak.
Vid förångningen av ammoniak absorberas mycket stora värmemängder. Blandningen av denna gas och vätska leds genom en rörslinga i skåpet, där den förångas helt och kyler ned detta. Den förångade gasen leds sedan ner i vattnet, som mycket snabbt absorberar ammoniaken. Det är därför man inte känner obehag av dess annars så stickande lukt. Gasen ingår i det naturliga kretsloppet (urin bildar ammoniak), och det är just därför de små mängder som det handlar om inte utgör någon större miljöbelastning. Ammoniak är ganska billigt och tuberna kan förvaras i vanlig rumstemperatur. Denna kylningsprincip är ett sätt att "köpa kyla på tub" istället för isblock. Det enda negativa kan då vara att tuberna är tunga och bara finns att köpa på ett fåtal ställen. Man bör beakta att ammoniak som läcker ut i stora mängder är giftig för miljön.


Köpa eller bygga själv

Om man inte har kylanordning ombord och är intresserad av att skaffa en kan man antingen köpa ett färdigt system eller bygga ihop ett eget med hjälp av olika byggstenar. Valet beror på hur händig man är och vilken ekonomiklass man kan tänka sig. Vilken typ man väljer beror på vad man värdesätter när man skall välja kylanordning ombord. Vill man ha en låg strömförbrukning och korta nerkylningstider skall man välja ett skåp eller box som är kompressordrivet. Vill man däremot ha en enkel och billig anordning men accepterar en högre strömförbrukning och längre nerkylningstid skall man absolut välja ett skåp eller box med termoelektrisk drift.
Om man vill ha låg strömförbrukning spelar det ingen större roll om man väljer box eller skåp. Boxen håller kylan något bättre än skåpet men skillnaden är inte marginellt stor. När man öppnar dörren på ett skåp rinner den kalla luften ut och ersätts med varm luft, men det går inte åt så mycket energi att kyla ner den varma luften. Valet är mer en fråga om praktiska konsekvenser som till exempel när båten lutar och man behöver komma åt något inne i kylutrymmet.
En bärbar box har fördelen med att den kan packas hemma med kalla varor innan den tas med ombord. Men den kan även vara knepigare att stuva in ombord. Vill man ha en billig liten anordning skall man välja en bärbar termoelektrisk box. De är inte så stora, 10 – 20 liter och kostar bara runt tusenlappen.







Kylpåsar

Kylpåsar används mest i sportsammanhang och är till för att dämpa bulor och blåmärken . Kylpåsar finns att köpa färdiga (de innehåller en slags gelé som har en väldigt låg fryspunkt, när ammoniumnitrat blandas med vatten så sjunker temperaturen väldigt snabbt). Dessa finns att köpa på t.ex. sportbutiker. Det går även att göra egna med en påse isbitar eller frysta grönsaker. Det viktiga att tänka på här är att aldrig lägga påsen direkt mot huden utan att alltid ha en tygbit emellan för att undvika att skada huden.


Diskussion:

Även fast det är lite dyrare att köpa ett kompressordrivet kylskåp så blir det billigare genom att det inte behöver hålla samma strömåtgång som de termoelektriska. Det kan ju vara bra att veta om man tycker att det känns för dyrt, att man tjänar ingenting på att köpa det billigaste i längden!

Det fanns även vissa råd för att hålla nere strömförbrukningen:
– man ska ”...