Тема 18. Циклы холодильных установок

В соответствии со вторым законом термодинамики отмечалось, что при обратном цикле Карно можно, затрачивая механическую работу, отнять теплоту от источника с низкой температурой и перенести ее к источнику с более высокой температурой. Машины, непрерывно поддерживающие температуры тел ниже температуры окружающей среды, называют холодильными.

Искусственное охлаждение помещений и различных тел находит широкое применение в народном хозяйстве (при строительстве подземных железных дорог, в угольных бассейнах, в горных рудниках, в химической и газовой промышленностях, на машиностроительных заводах, где производится термическая обработка деталей машин при низких температурах). Холод имеет огромное значение для сохранения пищевых продуктов. Кондиционирование воздуха создает благоприятные условия в производственных и общественных зданиях и т. д.

Для получения холода используются различные установки, в которых применяют в качестве рабочего тела газообразные тела.

Холодильные установки можно разделить на две группы. К первой группе относятся газовые или воздушные установки, в которых впервые было осуществлено промышленное получение холода. Ввиду малого холодильного эффекта и больших габаритов отдельных аппаратов такие установки не получили широкого распространения.

Ко второй группе относятся компрессорные паровые установки. Рабочим телом (холодильным агентом) в них являются пары различных веществ: аммиака , углекислоты , сернистого ангидрида , фреонов (фторхлорпроизводные углеводородов), характерным представителем которых является фреон-12 ( ), и др. Паровые холодильные установки, обладающие большой надежностью действия, получили в промышленности самое широкое распространение.

Кроме газовых и паровых существуют холодильные установки: 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 произвольного вещества. Пароэжекторная холодильная установка отличается невысоким термодинамическим совершенством и в промышленности применяется редко. Более широкое распространение получили абсорбционные холодильные установки. В них для получения холодильного эффекта используется (как и в паро-эжекторных) энергия в виде теплоты.

Холодильная установка в отличие от теплового двигателя работает по обратному, или холодильному, циклу, наиболее совершенным типом которого является обратимый обратный цикл Карно (рис. .98).

Рисунок 98 – Обратимый обратный цикл Карно.

В процессе 1–4 к холодильному агенту подводится удельное количество теплоты , отнимаемое от охлаждаемых тел; оно изображается площадью 51465. В процессе 2–3 от холодильного агента отводится удельное количество теплоты изображаемое площадью 23652. Это количество теплоты передается верхнему источнику теплоты при температуре, равной постоянной температуре в процессе 3–2. Площадь 12341 эквивалентна затрачиваемой механической работе.

Показателем совершенства обратного цикла является холодильный коэффициент

Чем больше отнимается удельного количества теплоты и чем меньше при этом затрачивается механической работы или чем больше , тем совершеннее холодильный цикл. Холодильный коэффициент произвольно обратного цикла меньше по сравнению с холодильным коэффициентом обратного цикла Карно.