15. Обратные циклы. Холодильные машины. Тепловые насосы. Трансформаторы теплоты.

Холодильные установки служат для искусственного охлаждения тел ниже температуры окружающей среды. Рабочее тело в холодильных машинах совершает обратный круговой процесс, в котором в противоположность прямому циклу затрачивается работа извне и отнимается теплота от охлаждаемого тела. Идеальным циклом холодильных машин является обратный цикл Карно. В результате осуществления этого цикла затрачивается работа l₀ и тепло q от холодного тела переносится к более нагретому телу.

Отношение отведённого от охлаждаемого тела тепла q₀ к затраченной работе q-q₀ носит название холодильного коэффициента и является характеристикой экономичности холодильной машины: ε=q₀/(q-q₀)=q₀/l₀.

Холодильные машины имеют весьма обширную классификацию: хол. машины умеренного холода и тепловые насосы.

Возможен вариант, когда идёт передача энергии с уровня ниже температуры о.с. на уровень выше. Существующее устройство получило название трансформатора теплоты, сочетающее в себе тепловой двигатель и тепловой насос.

Холодильная машина – устройство непрерывного действия, получающее энергию в форме теплоты и в форме работы, которая затем передается окружению в форме теплоты, при этом температура теплоотдатчика ниже температуры теплоприемника. В самом общем виде холодильная машина может быть представлена, как и тепловой двигатель, тремя системами: источниками теплоты и рабочим телом. От теплоотдатчика, (охлаждаемого объекта), рабочее тело, называемое также холодильным агентом, получает тепло в количестве Q₂, кроме того, в ходе цикла к холодильному агенту подводится также работа L_ц. Теплоприемнику передается теплота

Q₁ = Q₂+L_ц.

Тепловой насос повышает температурный уровень потока до некоторого значения (Т_техн), при котором этот поток теплоты возможно использовать в технологическом процессе.

Наряду с обратными циклами холодильной машины и теплового насоса различают комбинированный обратный цикл, в котором холодный источник имеет температуру ниже температуры окружающей среды, горячий источник – соответственно Т выше Т_ос. При помощи комбинированного цикла получает интегрированно и холод, и теплоту. Для его характеристики используются одновременно два энергетических к.п.д.: холодильный коэффициент отопительный коэффициент

Трансформаторами теплоты (термотрансформаторами) называют устройства, сочетающие в себе прямой и обратный циклы, и предназначенные для переноса теплоты с одного уровня на другой, более высокий.

16. Воздушная холодильная машина. Пароэжекционная холодильная машина.

Достоинство: безвредность холодильного агента.

Недостаток: изобарный нагрев воздуха сопровождается изменением температуры, величина которой зависит от расхода воздуха и теплоносителя.

Воздух поступает в К, где адиабатно сжимается (1-2); 2-3 – изобарное охлаждение воздуха, теплота процесса передаётся окружающей среде; 3-4 – адиабатное расширение воздух в ходе которого его температура повышается до требуемого значения, поскольку работа процесса адиабатного расширения совершается за счёт внутренней энергии холодильного агента; 4-1 – изобарное нагревание холодильного агента за счёт энергии охлаждаемого объекта.

П ароэжекционная ХМ. Пароэжекторная машина представляет систему неразделимых процессов прямого и обратного циклов. В ней совмещены паровая энергетическая установка (котлоагрегат, эжектор, конденсатор, насос) с двигателем – эжектором и холодильная машина (эжектор,конденсатор, дроссельный вентиль, испаритель) со струйным компрессором – эжектором.

Рабочим веществом ПЭХМ служит, как правило, вода, что является вторым преимуществом этой холодильной машины.

Достоинства: работа на энергии второго вида, т.е. на тепловой (эта энергия должна быть уже отработана); в них используется вода; в ПЭХМ нет механически перемещающихся частей.

Недостатки: невысокий энергетический КПД; узкий температурный диапазон; требуют правильного выбора нагрузки, в их эксплуатации не возникает проблем, если они несут постоянную нагрузку.