Холодильные машины по принципу работы делятся на 3 типа:
1) компрессионные (воздушные и паровые);
2) абсорбционные;
3) эжекторные. теплоиспользующие
Компрессионные (компрессорные) машины работают за счет затраты механической энергии, абсорбционные и эжекторные – за счет затрат тепловой энергии. Поэтому абсорбционные и эжекторные холодильные машины называют теплоиспользующие.
Компрессионные воздушные машины.
В воздушных машинах применен компрессор для сжатия воздуха. Для снижения температуры воздуха используют его адиабатное расширение с совершением полезной работы в расширительной машине детандере.
Рис.12 Воздушная компрессорная холодильная машина
Описание схемы: воздух из охлаждаемого помещения ОП, где поддерживается температура Т1 засасывается компрессором К и сжимается от давления Р0 до давления Р (1-2). При этом его температура возрастает до Т2, благодаря чему воздух может быть охлажден в промежуточном охладителе ПО забортной водой ЗВ (2-3). Сжатый охлажденный воздух с температурой Т3 поступает в детандер (расширитель-турбину) Д, где он расширяясь до давления Р0(3-4), охлаждается и попадает в помещение с температурой Т4<T1. Подогреваясь в помещении при постоянном давлении Р0 от Т4 до Т1 (4-1) воздух охлаждает его.
В нашем теоретическом цикле осуществляются адиабатические процессы сжатия и расширения воздуха и изобарические процессы его охлаждения и нагревания.
Так как на выходе из детандера воздух имеет более низкую температуру Т4, а следовательно и меньший удельный объём, чем на входе в компрессор Т1, размеры детандера меньше размеров компрессора lд<lк.
Удельная работа, затрачиваемая двигателем М на осуществление циркуляции воздуха: l=lк-lд=S a-1-2-b - S b-3-4-a=S 1-2-3-4
Применение детандера позволяет не только получать полезную работу lд и уменьшать работу цикла, но и значительно увеличивать охлаждающий эффект.
Удельная холодопроизводительность воздуха q0=i1-i4[кДж/кг], где і1,і4 – энтальпия в состояниях, характеризуемых точку 1 и 4 диаграммы.
q0=i1-i4=S c-4-1-d (13)
Теоретический холодильный коэффициент обратимого цикла воздушной холодильной машины:
(14)
при Р/Р0=3;4;6 εт=4,56; 2,05; 1,5
На диаграмме TS показан и обратный цикл Карно 1-2’-3-4’ для интервала температур Т1-Т3 в охлаждаемом помещении и охлаждающей воды. Из диаграммы видно, что холодопроизводительность больше, а затраченная работа меньше у цикла Карно.
Холодильный коэффициент цикла Карно при Р/Р0=4, Т1=-50С; Т2=1200С; Т3=200С; Т4=-750С; εк=10,7, степень термодинамического совершенства:
очень низкий. (15)
Воздушные холодильные машины используются для кондиционирования воздуха на судах. Преимущество: отсутствие специального хладагента (Т4 может достичь -1100С). εд (действительный холодильный коэффициент) воздушных холодильных машин <1 и превосходит значения εд парокомпрессионных ХМ (двухступенчатых) лишь при t0 ниже –(70-80)0С.
В связи с тем, что теплоемкость воздуха мала (Ср=1кДж/кг К), необходимы большие расходы воздуха для обеспечения большей q0. Воздушная машина становится компактнее при использовании быстроходных турбокомпрессора и турбодетандера. В отличие от паровых холодильных машин, воздушная ХМ может работать по разомкнутому циклу.
Лекция №7