Газовые компрессионные холодильные машины

В воздушных холодильных машинах получение низких тем­ператур осуществляется за счет адиабатного расширения воз­духа при совершении внешней работы. Воздух является наиболее распространенным хладоносителем в газовых холодильных машинах. Схемы и рабочие циклы холодильных машин, работаютающих на других газах, аналогичны.

Схемы работы воздуш­ной холодильной машины и изображение ее цикла в Т, s-диаграмме приведены на рис. 5.3.

Рис. 5.3. Схема газовой компрессионной холодильной машины и ее цикл в Т, s - ди­аграмме:

1 – турбокомпрессор с электродвигателем; 2 –охладитель; 3 – детандер; 4 –нагреватель (ох­лаждаемое помещение)

Воздух из охлаждаемого помещения 4 при температуре Т₁засасывается компрессором 1 и после адиабатного сжатия до давления р₁(линия 1–2)подается в охладитель 2,где охлаж­дается водой при постоянном давлении до температуры Т₃. За­тем сжатый охлажденный воздух поступает в детандер (расширитель), где совершает полезную работу при адиабатном расширении до первоначального давления р₀.

При расширении воздух охлаждается до температуры T₄ (линия 3–4)и вновь поступает в охлаждаемое помещение, где нагревается при постоянном давлении до температуры Т₁(ли­ния 4–1). Далее процесс повторяется. На Т, s-диаграмме коли­чество теплоты q₀, отнятой 1 кг воздуха от охлаждаемого поме­щения (удельная холодопроизводительность) выражается пло­щадью 1–4–5–6,а количество теплоты q,отданное охлаждающей воде,— площадью 2–3–5–6. Работа l = q – q₀,затра­ченная за цикл, изобра­жается площадью 1–2–3–4.Она равна разности работ компрессора и детандера. Работа l, затрачивае­мая в воздушной холо­дильной машине, значи­тельно больше работы об­ратного цикла Карно (площадь 1–2'–3–3')при тех же изотермах Т₁и Т₃и адиабатах 1–2' и 3–3',а холодопроизводитель­ность, cоответственно, меньше (площадь 1–4–5–6 меньше площади 1–3'–5–6).

Поэтому холодильный коэффициент теоретического цикла воз­душной машины намного ниже, чем в обратном цикле Карно. Кроме того, воздушные холодильные машины громоздки, так как на единицу выработанного холода из-за малой теплоемко­сти воздуха (с = 0,998 кДж/(кг×°С)) его требуется подать зна­чительное количество. Вследствие указанных недостатков порш­невые воздушные холодильные машины в настоящее время не применяются. Распространение получили воздушные холодиль­ные машины с турбокомпрессорами из-за их компактности и способности перемещать большие объемы циркулирующего воз­духа. Холодильный коэффициент теоретического цикла воздуш­ной холодильной машины

(5.12)

Из выражения (5.12) видно, что увеличение отношения р/р₀приводит к снижению холодильного коэффициента (увеличи­вается разность Т₂–T₁).