Термодинамические процессы и обратный цикл

Для непрерывного охлаждения требуется, по меньшей мере, три тела: охлаждаемое; приемник теплоты и тело, переносящее теплоту от первого ко второму, называемое рабочим телом или хладагентом. Следовательно, хладагент, претерпевая ряд изменений, должен быть возвращен в первоначальное состояние и непрерывно совершать такой круговой процесс или цикл.

На одном участке кругового процесса хладагент, в результате теплообмена, получает теплоту от охлаждаемого тела. Эта теплота должна быть передана приемнику теплоты, т.е. окружающей среде (воздух, вода). Температура окружающей среды выше, чем хладагента, следовательно, самопроизвольно такой переход теплоты невозможен. Поэтому на этом участке кругового процесса к холодильному агенту подводится энергия в виде работы или теплоты, для повышения его температуры на столько, чтобы хладагент мог передать полученную в предшествующих процессах теплоту окружающей среде. После повышения температуры, на следующем участке кругового процесса происходит теплообмен между хладагентом и окружающей средой. На последующем участке кругового процесса хладагент возвращается в исходное состояние.

Различают прямой цикл (цикл тепловой машины), в котором производится работа при переходе теплоты от более нагретого тела к менее нагретому телу и обратный цикл (процесс), в котором затрачивается работа (или теплота) для передачи теплоты к более нагретому телу.

Совокупность технических устройств, необходимых для осуществления холодильного цикла, называют холодильной машиной.

Принципиальные схемы и циклы холодильных машин Классификация холодильных установок

Холодильные машины, в которых низкие температуры получают в результате процесса кипения жидкости с отводом от охлаждающей среды необходимой теплоты парообразования, называются паровыми холодильными машинами.

Холодильные машины, работающие в области умеренного холода, в зависимости от вида используемой энергии делятся на следующие основные группы:

- парокомпрессионные, использующие механическую энергию для повышения давления паров хладагента и его температуры в компрессоре;

- абсорбционные и пароэжекторные – теплоиспользующие машины с поглощением паров соответствующим абсорбентом и выделением паров хладагента из раствора при его нагревании с затратой тепловой энергии;

- термоэлектрические – использующие непосредственно электрическую энергию;

- вихревые трубы-охладители.

Парокомпрессионная холодильная машина

Парокомпрессионная холодильная машина должна иметь как минимум четыре обязательных элемента: КМ – компрессор; КД – конденсатор; И – испаритель; РВ – регулирующий вентиль или расширительный цилиндр – детандер.

В испарителе, за счет кипения хладагента при низкой температуре, теплота отводится от охлаждаемой среды – воздуха в системе непосредственного охлаждения (например, в домашнем холодильнике), воды или рассола в системе с хладоносителем (насос направляет рассол в батареи, расположенные в охлаждаемом помещении). Пары рабочего вещества (хладагента) из испарителя И откачиваются с помощью компрессора КМ, сжимаются им и нагнетаются в конденсатор КД. В нем теплота отводится от конденсирующегося хладагента с помощью охлаждающей среды – воздуха или воды, которая при этом нагревается. Жидкий хладагент из конденсатора проходит через регулирующий вентиль РВ, где происходит процесс дросселирования, при этом падает давление и температура хладагента.

Температура кипения хладагента в испарителе зависит от давления , а оно в свою очередь – от производительности компрессора. Температуру кипения поддерживают такой, чтобы обеспечить необходимую (заданную) температуру охлаждаемой среды. Для понижения температуры кипения необходимо понизить давление кипения, что можно сделать, увеличив производительность компрессора.

Температура конденсации хладагента и соответствующее ей давление конденсации , зависит, главным образом, от температуры среды, используемой для охлаждения хладагента в конденсаторе. Чем она ниже, тем ниже будут температура и давление конденсации. Величины и в значительной мере связаны с производительностью компрессора. Они же в основном определяют и количество энергии, которое необходимо для работы компрессора.