§ 131. Газовые холодильные машины

Одним из первых типов холодильных установок была газовая (воз­душная) холодильная машина (рис. 151, а), состоящая из холодиль-^1: ной камеры /, компрессора //, теплообменника III и пневматического двигателя (детандера) IV. В теплообменнике III газ, сжатый в комп-. рессоре 11, охлаждается проточной водой, температура которой при этом повышается от 7^. (на .входе), до Т'ё (на выходе). Компрессор П всасывает газ их холодильной камеры / и после адиабатного сжатия 1-2 (рис. 151, б, в) подает его в теплообменник III. В процессе 1-2 тем­пература рабочего тела. возрастает на Т._г —• 7\. При этом работа, за-

раченная на привод компрессора, эквивалентна пл. а12Ь (рие. 151, б),' | Т_%> Т1 (рис. 151, в).

В изобарном процессе 2-3 газ отдает охлаждающей воде удельную еплоту q_x. Его температура и удельный объем падают, достигая зна- іений Т₃ и v_a. В детандре IV после адиабатного расширения 3-4 тем- іература рабочего тела падает до 7\ более низкой, чем температура

•і

холодильной камеры 7_Х-К. Совершаемая при этом работа эквивалент- ^а пл. Ь34а. Работа детандера отдается внешнему потребителю;, на­пример электрогенератору.

В холодильной камере протекает изобарный процесс 4-.U в котором "аз воспринимает от окружающей среды теплоту q₂. В этом процессе температура и удельный объем рабочего тела возрастают до значений , Г_ъ v_lt после чего-цикл повторяется. |

Затраченная на цикл удельная работа эквивалентна пл. 12341. Пе-! реданн'ая охлаждающей воде удельная теплота,^ измеряется пл. c32d

и равна q.₂ + 1_Ц. Следовательно, холодильный коэффициент рассмот­ренного цикла ? _е __ .."± _ ср(^ті—^т*) !

^х /„ <?!-<?, c_v(T_%-T£-c_p{T_x-T_%) (Т₂—T_S)/{T₁ —Г₄) — I

Так как для адиабатннх процессов 1-Т и 3-4 Т₂/Т, = (P2^lPi)^{k~*^)/k', TJT* — {pJp\Y^k~^X)tk, Т_г/Т_х=Т_ъ/Т^ то выражение для е_х можно представить в следующей форме:

8_Х = ! —' =—: ! . (716)

, Таким образом, чем бл«же к единице отношение абсолютных тем- ' перагур TjTi или T₃IT_t, чем выше экономичность цикла газовой хо­лодильной машины.

. Понижение уровня температуры охлаждающей воды в теплообмен­нике III (т-п на рис. 151, в) при неизменных прочих условиях при­водит к увеличению е_х. Более ни&юне значения Тв ^и Т"_в (например, в зимнее время) позволяют понизить р^, которое необходимо поддер­живать на выходе из компрессора, а это приводит к уменьшению ра­боты, затрачиваемой на привод компрессора. С понижением р₂ умень­шаются отношения TJT_X и TjT_x. Чём выше требуемая температура в холодильной камере (Т_х._к), тем выше температуры Т_х и Г₄, больше q₂, меньше /„ и, следовательно, больше холодильный коэффициент е_х.

Холодильный коэффициент е_х газовой холодильной машины су­щественно отличается от холодильного коэффициента обратного цик­ла Карно. Цгікл Карнт можно было бы,осуществить обратимо, отни­мая теплоту в холодильной камере при Т_х = Т_хк и обратимо отдавая теплоту охлаждающей воде при Т₃ — Т'_в.

На рж;. 151, в обратный цикл Карно 1-2-3-4-1 показан пункти­ром. Сопоставляя пл. c4'ld пл. c41d и пл. 12'34' с пл. 1234, легко убе> диться в том, что экономичность реального цикла газовой холодиль­ной машйны значительно ниже экономичности соответствующего цик­ла Карно. Сравним эти циклы для следующих условий: пусть циклы осуществляются в интервале температур от 291 до 265 К, при этом в цикле газовой холодильной машины Т_а = 291 К; р₃ = 0,490 МПа; p_t = 0,098 МПа. В обратном цикле Карно 1-2'-3-4'-1 (рис. 151, в) Т₃ = 291 К; Ti = Г, = 265 К- Принимая k — 1,4, находим темпера- туру в цикле газовой холодильной машины:

Ж = Т₃ (рі/р₃)^{к~^1>/1* = 291 (98/490)<¹'^4-1)/^1,4= 183,7. К.

В цикле газовой холодильной машины в соответствии с формулой (716) е_х = TJ (Т₃ — Т₄) = 183,7/ (291 - 183,7) = 1,71; в обратном цикле Карно г_х<_к = TJ (7₃ — 7\) = 265 / (291 — 265) = 10,2.

Из полученных результатов следует, что в рассматриваемых ус­ловиях при одной и той же затрате работы холодопроизводитель- ность газовой холодильной машины в шесть раз ниже холодопроизво­дительности машины- в которой осуществляется обратный цикл Кар­но. Вследствие низкой экономичности для газовых холодильных машин

характерны большие расходы рабочего тела. В связи с этим в настоя­щее время получили распространение газовые (воздушные) холодиль­ные машины с турбокомпрессорами. Экономичность этих машин мож­но повысить применением цикла с регенерацией.