Холодильные циклы
Холодильные циклы - обратные круговые термодинамические процессы, в результате которых теплота переходит от тела с меньшей температурой к телу с большей температурой за счёт затраты работы. Х. ц. используются в холодильных машинах (См. Холодильная машина), холодильно-газовых машинах (См. Холодильно-газовые машины). Практически наиболее широко применяются Х. ц., основанные на испарении жидкости, использовании Джоуля - Томсона эффекта, расширении рабочего тела в Детандере. С помощью этих Х. ц. можно получать низкие температуры, вплоть до Холодильные циклы 0,3 К. Одним из наиболее энергетически выгодных (см. Холодильный коэффициент) является обратный Карно цикл. К нему приближается цикл идеальной парокомпрессионной холодильной машины, представленный на рис. Цикл состоит из двух адиабатических процессов (См. Адиабатный процесс) (1-2, 3-4) и двух изотермических процессов (См. Изотермический процесс) (4-1, 2-3). В этом цикле в испарителе холодильной машины происходит кипение хладагента (линия 4-1) при температуре To и давлении pk за счёт теплоты охлаждаемой среды. Испарившийся хладагент отсасывается компрессором, адиабатически (Энтропия S-const) сжимается в нём до давления pk и температуры Tk (линия 1-2) и подаётся в Конденсатор, где происходит его конденсация (линия 2-3) при неизменных давлении и температуре. Отвод теплоты конденсации осуществляется охлаждающей жидкостью или воздухом. Полученный жидкий хладагент возвращается в испаритель через расширительный цилиндр - детандер, в котором происходит адиабатическое понижение давления и температуры (линия 3-4) до исходных значений (p0 и T0). Процесс сопровождается частичным испарением хладагента. В реальной парокомпрессионной холодильной машине, в отличие от идеальной, Х. ц. идёт с перегревом паров при сжатии в компрессоре, кроме того, вместо детандера здесь имеется регулирующий вентиль, и поэтому процесс расширения хладагента не адиабатический, а изоэнтальпийный. Всё это приводит к снижению значения холодильного коэффициента. Для повышения энергетической эффективности в реальных холодильных машинах применяются усложнённые Х. ц. В области умеренных температур охлаждения при одноступенчатом сжатии хладагента используют циклы с регенеративным теплообменом. Для достижения температур ниже -30 °С в парокомпрессионных холодильных машинах обычно применяют многоступенчатые, каскадные и др. Х. ц. Холод получают также с помощью Х. ц., в которых в процессе их осуществления не происходит фазовых превращений (испарение, конденсация) хладагента. В воздушно-расширительных холодильных машинах используется Х. ц., состоящий из двух адиабат и двух изобар. В этом цикле хладагент (воздух) засасывается из охлаждаемого помещения компрессором, адиабатически сжимается в нём и далее, пройдя охладитель, адиабатически расширяется в детандере и с температурой -70 °С и ниже поступает в охлаждаемое помещение, после чего цикл повторяется. Энергетически более выгодным является регенеративный Х. ц., состоящий из двух изотермических и двух изохорных процессов (См. Изохорный процесс) (обратный цикл Стирлинга); используется в холодильно-газовых машинах типа «Филипс» и позволяет получать криогенные температуры.
Лит.: Справочник по физико-техническим основам криогеники, 2 изд., М., 1973.
В. А. Гоголин.
Холодильный цикл идеальной парокомпрессионной машины: ρ - давление; i - энтальпия.