СХЕМИ І ЦИКЛИ ХОЛОДИЛЬНИХ МАШИН
Схема охолодження із використанням холодильної машини. Від охолоджуваного повітря холодильної камери, що має низьку температуру Т0, теплоносій (холодоагент) забирає теплоту і передає її зовнішньому середовищу, що має більш високу температуру Т (рис. 30.5). При цьому холодоагент, що циркулює в холодильній машині, здійснює зворотний круговий процес або холодильний цикл. З енергетичного балансу видно, що теплота, що передається холодильною машиною зовнішньому середовищі q, більша за теплоту, що відбирається від камери охолодження q0, на величину механічної роботи /, що витрачається холодильною машиною:
Ефективність роботи холодильної машини оцінюється холодильним коефіцієнтом
де q0 - кількість теплоти, що видаляється від продукту, що охолоджується, або питома холодопродуктивність, Дж/кг; ζ-питома механічна робота, Дж/кг.
Холодильний коефіцієнт у холодильній техніці аналогічний термічному ККД теплових машин, що працюють за прямим циклом.
Компресійні холодильні машини. Залежно від застосовуваної робочої речовини компресійні холодильні машини поділяють на газові (повітряні) та парові.
Повітряна холодильна машина - найстаріша з усіх холодильних машин. Промислове одержання холоду вперше здійснено у таких машинах. Принцип дії повітряної холодильної машини полягає в наступному (рис. 30.6 а).
Повітря з приміщення, що охолоджується, I засмоктується компресором II і після адіабатичного стиснення виштовхується в охолоджувач III, де охолоджується водою при постійному тиску. Далі повітря надходить у детандер (розширювальний циліндр) IV і здійснює в ньому корисну роботу в процесі адіабатичного розширення до початкового тиску. У цьому температура повітря знижується до -60. -70 "С. Повітря надходить в охолоджуванеприміщення.
На малюнку 30.6 теоретичний цикл повітряної холодильної машини зображено на діаграмах у координатах «тиск р – питомий об'єм v» та «температура Т-ентропія.
У координатах р-v (рис. 30.6 а) робочий процес виглядає наступним чином. Параметри повітря в приміщенні, що охолоджується, Т відповідають стану точки 1. У компресорі II повітря стискається адіабатично до стану, відповідного точці 2. Лінія 1-2 є адіабатою стиснення. Далі в охолоджувачі III стисло повітря охолоджується при постійному тиску до стану, що характеризується точкою 3. Перейшовши в розширювальний циліндр IV, повітря розширюється адіабатично до початкового тиску ро, відповідного точці 4, і направляється в камеру охолодження I, де віддає свою теплоту, при постійному тиску до стану, що відповідає вихідній точці 1. При розширенні в розширювальному циліндрі повітря здійснює механічну роботу, що йде на часткову компенсацію витрат енергії при стисканні повітря в компресорі. Отже, повний цикл перетворення параметрів у цій холодильній машині складається з двох адіабат 1-2 і 3-4 і двох ізобар 2-3 і 4-1.
Площа l-2-a-b-l на діаграмі відповідає роботі, яка здійснюється компресором; площа З-4-b-а-З - роботи, що здійснюється стисненим повітрям у розширювальному циліндрі. Різниця цих площ, що дорівнює площі фігури 1-2-3-4-1, залишається некомпенсованою і має бути підведена до компресора від зовнішнього джерела роботи.
У діаграмі T-s (рис. 30.6, в) теоретичний цикл холодильної машини виглядає наступним чином. Ізоентропічний стиск у компресорі зображується вертикаллю, що відповідає процесу з постійною ентропією. Ця вертикаль проводиться від точки 1, що лежить на ізобарі р0 = const, до ізобару р - const. Крапку 1на ізобарі р0 = const вибирають відповідної початкової температури Т1. Точка 2 на ізобарі р const відповідає температурі кінця процесу стиснення Т2. Процес охолодження в охолоджувачі III, що протікає при постійному тиску, зображується відрізком ізобары р = const, на якому точка відповідає температурі закінчення охолодження Т3. Процес адіабатичного розширення в циліндрі IV зображується ізоентропою 3-4, оскільки протікає при постійній ентропії або без втрат енергії. Точці 4 відповідає температура закінчення розширення Т4. Процес віддачі теплоти охолодженим повітрям в камері охолодження, або його нагрівання в даній камері, відбувається по ізобарі р0 = const до стану точки 1.
На діаграмі T-s (див. рис. 30.6, в) добре видно основний недолік повітряної холодильної машини. Робота циклу цієї машини відповідає площі 1-2-3-4-1; вона дорівнює різниці робіт компресора (площа d-2-3-c-d) та розширювального циліндра (площа с-4-l-d-c). Робота ж зворотного циклу Карно lк, що складається з двох адіабат 1—2' і 3—4' і двох ізотерм 2'—3 і 4'— 1 значно менше, тобто lк