Теоретическое введение. Тепловые машины, предназначенные для понижения температуры тел ниже температуры окружающей среды и непрерывного поддержания этой температуры

Тепловые машины, предназначенные для понижения температуры тел ниже температуры окружающей среды и непрерывного поддержания этой температуры, называются холодильными установками. Эти же тепловые машины, предназначенные для повышения температурного уровня окружающей среды, называются трансформаторами теплоты или тепловыми насосами.

В зависимости от температуры, которая должна быть достигнута при охлаждении, различают холодильные установки умеренного холода (до – 70 ⁰С) и установки глубокого холода (до - 200 ⁰С и ниже). Последние обычно используются для сжижения воздуха и других газов.

По характеру рабочего тела (хладагента) холодильные установки подразделяются на воздушные и паровые. В паровых установках хладагентом служат пары различных низкокипящих веществ (аммиака, фреона).

Установки, в которых энергия для получения холода затрачивается в виде механической работы на привод компрессора, называются компрессионными, а установки, в которых энергия затрачивается в виде теплоты на термохимическую компрессию, - абсорбционными.

Эффективность работы холодильной установки оценивается холодильным коэффициентом, определяемым как отношение количества теплоты, отнятой за цикл в холодильной камере к затраченной в цикле работе:

ε = q₂/l_ц = q₂/(q₁ – q₂),

где q₂ - количество теплоты, отнятой за цикл в холодильной камере, Дж;

q₁ - количество теплоты, отнятой водой или воздухом за цикл в охладителе хладагента, Дж.

Холодильные установки работают по обратным круговым процессам и циклам. В заданном температурном интервале теоретически наиболее выгодным циклом холодильной установки является обратный цикл Карно. Для обратного цикла Карно холодильный коэффициент может быть выражен через температуру.

ε_Карно = 1/(Т₁/T₂ – 1).

Увеличение эффективности холодильных установок связано с понижением температуры окружающей среды Т₁ и с повышением температуры охлаждаемого помещения Т₂, т.е. с уменьшением температурного интервала (Т₁ – Т₂) затрачиваемая работа уменьшается. Однако из-за конструктивных трудностей и больших потерь на трение обратный цикл Карно неосуществим. Он является некоторым эталоном, с которым сравнивают эффективность других циклов действительных холодильных установок.

В промышленности холод впервые был получен с помощью воздушных компрессионных холодильных установок, но в настоящее время они применяются редко из-за низкой эффективности и громоздкости.