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