Кроме газовых и паровых существуют холодильные установки, осно-
Ванные на других принципах: пароэжекторные и абсорбционные. В них для
Производства холода затрачивается не механическая работа, а теплота
Какого-либо рабочего тела с высокой температурой.
В пароэжекторной холодильной машине для сжатия холодильного
Агента используется кинетическая энергия струи рабочего пара произволь-
Ного вещества. Пароэжекторная холодильная установка отличается невысо-
Ким термодинамическим совершенством и в промышленности применяется
Редко. Более широкое распространение
Получили абсорбционные холодильные
Установки. В них для получения холодиль-
Ного эффекта используется (как и в
Пароэжекторных) энергия в виде теплоты.
Холодильная установка в отличие от
Теплового двигателя работает по обратному,
Или холодильному циклу, наиболее
Совершенным типом которого является
Также обратимый обратный цикл Карно
(рис. 6.11).
В процессе 1 _ 4 к холодильному
Агенту подводится теплота (q2, отнимаемая
от охлаждаемых тел; она изображается пл. 5_1_4_6 _5. В процессе 3 _ 2
От холодильного агента отводится теплота q1 изображаемая пл.
Эта теплота передается горячему источнику теплоты при
температуре, равной постоянной температуре в процессе 3 _ 2. Пл.
Эквивалентна затрачиваемой механической работе.
Как уже отмечалось (разд. 5.2), показателем совершенства обратного цикла
является холодильный коэффициент ε:
ε = q2 /l
Чем больше отнимается теплоты q2 и чем меньше при этом затрачи-
вается механической работы или чем больше ε, тем совершенней будет
Холодильный цикл. Холодильный коэффициент произвольного обратного
Цикла меньше по сравнению с холодильным коэффициентом обратного
Цикла Карно.
Циклы холодильных установок
Цикл воздушной холодильной установки. Впервые промышленное
Получение холода было осуществлено с помощью воздушной компрессорной
холодильной установки. На рис. 6.12, а изображена принципиальная схема
воздушной компрессорной холодильной установки, а на рис. 6.12, б, в
изображен ее цикл в координатах р _ v и Т_ s. Рассмотрим принцип работы
Установки.
Воздух из холодильника 1 охлаждаемого помещения 5 засасывается в
цилиндр компрессора 2 (процесс а _ 1 на рис. 6.12, б), где он подвергается
Рис. 6.12. Принципиальная схема воздушной компрессорной
холодильной установки (a) и графическое изображение цикла
ее в координатах р _ v (б), Т_ s (в)
сжатию (процесс 1 _ 2). При сжатии температура воздуха возрастает от Т1
до Т2 (процесс 1 _ 2 на рис. 6.12, в). Сжатый воздух выталкивается из
цилиндра компрессора (процесс 2 _ b) в теплоприемник 3, где он изобарно
охлаждается от температуры Т2 до Т3 (процесс 2 _ 3), отдавая теплоту
охлаждающей воде q1= ср1 (Т2 _Т3). Охлажденный воздух при давлении р3
поступает в цилиндр расширительной машины 4 (процесс b _ 3). Здесь
происходит его адиабатное расширение от р3 до р 4 = р1 с проведением
Работы lp. При адиабатном расширении воздуха температура его понижается
до 203 _ 213 К. Охлажденный воздух из цилиндра расширительной машины
выталкивается в холодильник 1 (процесс 4 _ а), где он изобарно нагревается
(процесс 4 _ 1), отнимая от среды охлаждаемого помещения количество
теплоты:
q2 = ср2(Т1 _ Т4).
На рис. 6.12, б пл. а_1_2_b_а изображает работу компрессора lк, а
пл. b_3_4_а_b _ работу расширительной машины lР и пл. 1_2_3_4_1,
равная разности этих площадей, _ работу, затрачиваемую в установке, т. е.
работу цикла lц = lк _ lР.
Следовательно, в результате работы установки осуществляется обратный
цикл 1_2_3_4_1 и поэтому, с другой стороны, работа цикла: lц = q1 _
Q2.
Холодильный коэффициент рассматриваемой установки находится
следующим образом:
( )
( ) ( ) 1 2 3 2 1 4
2 1 4
1 2
ц
вх ε c T T c T T
C T T
Q q
q
l
q
P p
p
− − −
−
= = − =
Принимая ср1 = ср2 и поделив числитель и знаменатель этой дроби на
(T1 _ T4), получим:
( )/ ( ) 1
ε 1
2 3 1 4
вх − − −
=
⎥⎦ ⎤
⎢⎣ ⎡
T T T T
(6.13)
Из адиабат 1_ 2 и 3 _ 4 следует, что Т2 /Т1 = (р2 / р1)
(γ−1)/γ и T3/T4 =
= (р3 / р4)
(γ−1)/γ. Так как р2 = р3 и р1 = р4 то T2/Т1 = T3/T4, тогда с учетом
свойств пропорции, получим:
4 1
3 2
1 4
2 3
1 /
1 /
Т
Т
Т
Т
Т Т
Т Т
Т Т
Т Т
⋅ =
−
−
− =
−
.
Откуда окончательно имеем:
2 1
вх
ε 1 Т Т
Т
Т
Т = −
−
= , (6.14)
Где Т2 – температура охлаждаемого помещения или температура воздуха,
Засасываемого в компрессор; Т1 – температура сжатого воздуха.
Сравним между собой холодильные коэффициенты цикла воздушной
Установки и обратного цикла Карно, взятых в одном и том же интервале
Предельных температур холодильника и теплоприемника. При изотермичес-
Ких процессах подвода и отвода теплоты в обратном цикле Карно предельная
температура холодильника должна быть равна Т1 , а нагревателя – Т3 (рис.
6.10, в), т. е. обратный цикл Карно в координатах Т, s изобразится площадью
1–2'–3–3'–1. Тогда холодильный коэффициент обратного цикла Карно:
3 1
к ε Т Т
Т
= − , а так как Т3 < Т2, то вх ε < к ε , т.е. к.п.д. холодильной