Обратный цикл Карно

Наиболее совершенным в термодинамическом отношении циклом холодильной машины, осуществляемым с минимальной затратой работы, является обратный цикл Карно.Он состоит из двух изотерм и двух адиабат.

Для выполнения цикла Карно необходимо иметь два источ­ника теплоты постоянной температуры, один теплоотдатчик с низкой температурой То и один теплоприемник с высокой темпе­ратурой Т. Цикл Карно состоит из обратимых процессов, по­скольку только в этом случае будут отсутствовать потери энер­гии, сопутствующие всякому необратимому процессу.

Обратный цикл Карно может быть осуществлен в паровой компрессорной холодильной машине, работающей на парах легкокипящих веществ. Цикл такой холодильной машины в координатах Ts приведены на рис. 2.

Рис. 2. Обратный цикл Карно

Влажный пар хладагента, находящийся в начальном состоя­нии при давлении и температуре , с помощью компрессора адиабатно сжимается до давления и температуры (про­цесс 1-2), в результате чего он становится сухим насыщенным. На сжатие пара в компрессоре затрачивается работа ℓ. В кон­денсаторе при постоянной температуре происходит конден­сация паров хладагента и во внешнюю среду отводится теплота (процесс 2-3)..

После конденсатора жидкий хладагент поступает в расшири­тельный цилиндр, где он адиабатно расширяется и частично испаряется с понижением давления до и температуры до (процесс 3-4). При этом хладагент производит работу ℓ .

Из расширительного цилиндра влажный пар хладагента нап­равляется в испаритель. В испарителе, вследствие кипения хладагента при температуре и давлении (процесс 4-1), про­исходит отвод теплоты от охлаждаемой среды. Образовав­шиеся пары хладагента снова всасываются компрессором и цикл повторяется.

Работа, затраченная в рассмотренном цикле ℓ, равна разно­сти работ, затраченной в компрессоре и полученной в расшири­тельном цилиндре,

Тепловой баланс такой холодильной машины

Величина называется удельной массовой холодопроизводительностью 1 кг хладагента. Она равна коли­честву теплоты, отведенной1 кг хладагента от охлаждаемой среды в испарителе.

Графически на рис. 2 работа цикла ℓ изображена площадью 1-2-3-4, удельные количества теплоты — площадью 5-4-1-6 и — площадью 5-3-2-6.

Обратный цикл Карно неосуществим на практике, так как реальные процессы, протекающие в холодильных машинах, не являются изотермическими и адиабатными и выполнить их прак­тически невозможно. Несмотря на это, значение обратного цикла Карно очень велико, поскольку его холодильный коэффициент служит пределом для данного интервала температур. Чем ближе при одинаковом перепаде температур хладагента холодильный коэффициент рассматриваемого цикла холодильной машины к холодильному коэффициенту обратного цикла Карно, тем совер­шеннее холодильная машина.