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.

Холодильное оборудование, в ко­тором для получения холодиль­ного эффекта используют кипе­ние жидкостей при низких тем­пературах, называются паро­выми холодильными машинами.
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 Г_Го_Р. 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).