Циклы холодильных установок

Холодильными установками или холодильными машинами называются машины предназначенные для понижения температуры охлаждаемого тела ниже температуры окружающей среды и непрерывного поддерживания заданной низкой температуры в течение определенного времени.

Отводимая при охлаждении теплота воспринимается холодильным агентом, температура которого должна быть еще более низкой.

Охлаждающий эффект получается в результате ряда физических процессов:

- при фазовых превращениях - кипении жидкостей, плавлении твердых тел и др.;

- при адиабатическом и политропном расширении тел с производством внешней работы;

- в процессе дросселирования, за счет потери внутренней энергии рабочего тела;

- в результате термоэлектрических явлений, происходящих в полупроводниковых охлаждающих устройствах и т.д.

Искусственный холод применяется при замораживании грунта, сжижении технических газов, в пищевой промышленности и т.д.

Наиболее экономичным и совершенным с позиции термодинамики является обратный цикл С.Карно следующего вида, рис. 5.1.

Рис. 5.1

По линии 1-2 происходит изотермическое расширение (Т₂ = const) в результате которого холодильный агент отводит от охлаждаемого тела теплоту «q₂» = пл. 1-2-s₂-s₁-1 при температуре Т₂.

Затем холодильный агент сжимается по адиабате 2-3 и его температура повышается до «Т₁», равной температуре окружающей среды. В дальнейшем холодильный агент в процессе изотермического сжатия 3-4 отдает окружающей среде теплоту «q₁» = пл. 3-4-s₁-s₂-3, после чего холодильный агент адиабатно расширяется по линии 4-1 с понижением температуры до «Т₂». В результате цикл завершается и далее повторяется.

Для совершения такого цикла затрачивается механическая работа l, эквивалентная площади 1-2-3-4-1 (заштрихован) и равна разности работ расширения и сжатия холодильного агента

(5.1)

Характеристикой эффективности цикла холодильной машины служит холодильный коэффициент

(5.2)

А также холодопроизводительность – количество теплоты, отводимой в единицу времени от охлаждаемого тела (объекта), и удельная холодопроизводительность – количество теплоты, отводимое от охлаждаемого объекта одним кг холодильного агента.

По виду применяемого холодильного агента холодильные установки делятся на две группы:

- воздушные, в которых холодильный агент – воздух;

- паровые, в которых холодильный агент – пары, низкокипящих веществ (аммиак – NH₃, ~ t_кип = -70 ^оС, сернистый ангидрид – SO₂, t_кип = -50 ^оС, фреон и т.д.).

Такие установки подразделяются на парокомпрессионные, пароэжекторные, абсорбционные.