Принцип работы холодильной машины
Холодильные машины и холодильные агрегаты представляют собой замкнутую систему, заполненную рабочим телом. Рабочее тело, циркулирующее в холодильной машине, отнимает тепло от охлаждаемой среды и, совершив круговой процесс, возвращается в первоначальное состояние. Это позволяет осуществлять непрерывное охлаждение с помощью одного и того же количества рабочего тела.
Для возвращения рабочего тела в первоначальное состояние необходимо, чтобы тепло, воспринятое им от охлаждаемой среды, было отдано другому телу. Такими телами являются окружающий воздух и вода. Температура воды и воздуха, как правило, выше температуры охлаждаемой среды, поэтому естественный процесс передачи тепла невозможен. Для переноса тепла от охлаждаемой среды к более теплой окружающей среде необходимо повысить температуру рабочего тела настолько, чтобы она практически стала выше температуры окружающей среды (воды, воздуха). Для этого необходимо затратить энергию. Последующего понижения температуры рабочих тел можно достигнуть адиабатическим расширением сжатых газов или жидкостей (например, в расширительных цилиндрах или детандерах) или дросселированием (в вентилях, кранах).
Непрерывный круговой процесс, в результате которого тепло от холодного тела передается более теплому, является обратным круговым процессом - циклом.
Рабочее тело, циркулирующее в холодильной машине п совершающее обратный круговой процесс, называется холодильным агентом.
Как показано на рис. 2, а, охлаждаемая среда (например, воздух в холодильной камере) имеет температуру Тохл, более низкую, чем температура окружающей среды 1 окр (например, воды или воздуха). Тепло от охлаждаемой среды отнимает холодильный агент и передает окружающей среде с более высокой температурой, при этом холодильный агент совершает непрерывный круговой процесс.
Согласно второму закону термодинамики, для осуществления кругового процесса, обеспечивающего отнятие тепла от холодной среды и передачу его более теплой среде, требуется затрата механической работы или других компенсирующих процессов, например тепла, которое при этом переходит с высшего температурного ур:овня на низший. Обратный круговой процесс, обеспечивающий искусственное охлаждение в результате переноса тепла от холодного тела к окружающей среде, называется холодильным циклом.
В паровых холодильных машинах в качестве рабочих тел применяют жидкости с низкими температурами кипения при атмосферном давлении. Из них наиболее распространены аммиак (NH3) и фреоны (хлорофторо-защищенные углеводороды), в частности фреон-12 (CF2C12), фреон-22 (CHF2C1). Однако в некоторых паровых холодильных машинах в качестве рабочего тела используют воду. В последнем случае в охлаждающих аппаратах создается значительное разрежение. Так же находит применение использование льдогенераторов жидкого льда в качестве рабочего тела.
Иногда применяют рабочие тела, не изменяющие агрегатного состояния в холодильной машине. Таким рабочим телом является воздух. Холодный воздух, отнимая тепло от охлаждаемой среды, повышает свою температуру. Холодильные машины, в которых рабочее тело не меняет агрегатного состояния, а холодильный эффект получают за счет повышения температуры рабочего тела, называются газовыми или воздушными холодильными машинами.
Машины, в которых осуществляется обратный круговой процесс, можно применять не только для искусственного охлаждения, но также и для отопления. Машину, обеспечивающую отопление с помощью обратного кругового процесса, называют тепловым насосом.Принципиальная схема работы теплового насоса показана на рис. 2, б. Рабочее тело воспринимает тепло от окружающей среды (воздух, речная вода, отработавшая производственная вода, отработавшие газы и т. п.) и, совершая круговой процесс, передает тепло нагреваемому горячему телу с температурой ГГоР. Теплоприемником может быть например, вода, которую затем используют для отопления зданий. Для такого переноса тепла, как и в холодильных машинах, затрачивается механическая или тепловая энергия. Таким образом, принцип работы холодильной машины и теплового насоса одинаков, отличие состоит только в положении интервала температур. Холодильные машины работают в интервале от температуры окружающей среды и ниже (до абсолютного нуля), тепловые насосы - от температуры окружающей среды и выше (до 70-80° С).
В отдельных случаях холодильные установки можно использовать также для одновременного получения холода и тепла. Тогда они будут работать в интервале от температуры ниже окружающей среды до температуры выше этой среды.
В соответствии с видом затрачиваемой энергии холодильные машины можно разделить на работающие с затратой механической энергии (компрессорные) и работающие с затратой тепла (абсорбционные и пароэжекторные).