Повітряні холодильні машини

Повітря – це найдоступніше і найбезпечніше робоче тіло для теплових двигунів і холодильних машин.

В повітряній холодильній установці повітря з теплообмінника ТО, що встановлений в приміщенні охолодження, всмоктується компресором К і стискається адіабатно (процес 1-2). Далі повітря, що має тиск і температуру кінця стисненні, поступає у холодильник Х, де при постійному тиску охолоджується водою в стаціонарних холодильних установках або атмосферним повітрям в транспортних (процес 2-3). Охолоджене повітря розширюється в детандері Д (процес 3-4), виконуючи корисну роботу. В результаті чого його температура знижується до рівня, що забезпечує задане охолодження в приміщенні. В теплообміннику ТО повітря нагрівається при постійному тиску за рахунок відбирання тепла від тіла охолодження.

Робота, що витрачається на здійснення циклу, визначається площею1-2-3-4 в координатах

p, v і дорівнює різниці робіт стиснення в компресорі (площа 1-2-в-а) і розширення в детандері (площа 4-3-в-а). Холодопродуктивність установки q₀ відповідає в координатах Т-S площі а-в-4-1 під кривою нагріву, а тепло q, що віддається навколишньому середовищу, - площі а-2-2-в під кривою охолодження. Різниця цих величин (площа 1-2-3-4) еквівалентна витраченій роботі l.

Використовуючи відношення параметрів для адіабатних та ізотермічних процесів. Отримують формулу для визначення холодильного коефіцієнта машини:

E = q₀/l = T1/ (T2-T1) = T4/ (T3-T4).

Процеси підведення і відведення тепла в даному циклі виконуються при наявності певної, хоча і змінної різниці температур між робочим тілом холодильної машини і зовнішнім джерелом тепла. Такі процеси зовнішньо не обернені.

Температура зовнішнього повітря лише в межах (без різниці температур) відповідає точці 3, а в приміщенні охолодження – точці 1, внаслідок чого холодильний коефіцієнт теоретичного циклу повітряної машини буде значно нижчий, ніж в оберненому циклі Карно.

При заданій холодопродуктивності Q₀ (Вт) кількість повітря. Що циркулює в системі складає (кг/год) G = 3,6· Q₀ / q₀.

Теоретична потужність, що витрачається компресором (кВт), Nк = G·l к /3600, де l к – робота,витрачена в компресорі.

Теоретична потужність, що отримана при розширенні в детандері (кВт), Nд = G·l д /3600, де l д – робота, що здійснюється в розширювачі.

Теоретична потужність, що витрачається в циклів, Nт = Nк - Nд.

В дійсному циклі економічність нижча, ніж в теоретичному. Ефективність повітряних холодильних машинах покращують введенням регенераторів (теплообмінників) в прямих і обернених процесах циклу. Такі турбодетандери з теплообмінниками – регенераторами використовують в авіаційних установках кондиціювання повітря.