1. Холодильні цикли

Схема ідеальної холодильної машини компресійного типу з розширювальним циліндром представлена на рис.1

Рис.1. Схема ідеальної холодильної машини компресійного типу: В - випаровувач,

КД - конденсатор, К - компресор, РЦ - розширювальний циліндр.

Рідкий холодоагент, що поступає до випаровувача під тиском Р, кипить при від’ємній температурі То, поглинаючи з холодильної камери за одиницю часу певну кількість тепла Qо, що називається холодопродуктивністю машини. Пари холодоагенту відсмоктуються компресором, забезпечуючи у випаровувачі постійний тиск кипіння Ро та нагнітаються під тиском Р у конденсатор. При тиску  Р > Ро та температурі Т пари холодоагенту скраплюються (конденсуються), віддаючи теплоту конденсації (Q) навколишньому середовищу. Рідкий холодоагент далі надходить до розширювального циліндру, де тиск холодоагенту знижується від тиску конденсації Р до тиску кипіння в випаровувачі Ро. Надійшовши до випаровувача під тиском Ро, рідкий холодоагент знову закипає, а теплота холодильної камери Qо витрачається на пароутворення. Такий замкнутий цикл руху в герметичній системі машини відбувається неперервно, поки працює компресор.

Відомо, що ентропія S робочої речовини (холодоагенту) являє собою математичний параметр його стану, що залежить від температури і питомого об’єму. Побудуємо розглянутий холодильний цикл на S, Т- діаграмі обраного холодоагенту.

Як відомо, термодинамічна крива станів теплоносія складається з нижньої прикордонної кривої Х = 0, де Х визначає ступінь сухості пари, і верхньої прикордонної кривої Х = 1. Прикордонна між цими кривими критична точка R характеризує рідину при температурі кипіння (X = 0) і суха насичена пара (X=1) тими самими параметрами стану. Таким чином, лінія Х = 0 визначає геометричне місце точок кипіння холодоагенту при різних тисках, а лінія Х=1 - геометричне місце точок кінця процесу паротворення 1 кг холодоагенту. Провівши на ентропійній діаграмі ізотерму температури конденсації холодоагенту Т, на перетинанні її з термодинамічною кривою, отримаємо точки 1 і 2 (рис.2). Точка 1 характеризує початок процесу конденсації сухих насичених парів, а точка 2 - кінець процесу конденсації. При цьому ентропія холодоагенту унаслідок віддачі теплоти конденсації навколишньому середовищу зменшується на величину S=S1-S2. Кількість тепла q, віддане 1 кг холодоагенту в процесі конденсації, визначається, як відомо, площею, обмеженою лінією процесу, крайніми ординатами і проекцією лінії процесу на вісь S, тобто q= пл.(а-1-2-b). Внаслідок визначеної швидкості циркуляції холодоагенту в сталому режимі роботи холодильної машини, процеси конденсації і кипіння холодоагенту можна вважати ізотермічними, тобто, такими що відбуваються при постійних температурах конденсації  Т  та кипіння То.

Процес розширення (дроселювання) рідкого холодоагенту в розширювальному циліндрі унаслідок великої швидкості його протікання можна вважати адіабатичним, тобто відбувається без теплообміну з навколишнім середовищем і, отже, що проходить по лінії постійної ентропії 2—3.

Процес стиску вологих парфів холодоагенту в компресорі до стану сухих насичених пар (точка 1) також можна вважати адіабатичним і, отже, що проходить по лінії постійної ентропії 1—4.

Ізотермічний процес кипіння рідкого холодоагенту у випарнику при тиску Ро та температурі То на S, Т-діаграмі відображується ізотермою 3—4, що збігається в області вологої пари з ізобарою Ро. Кількість тепла qo, поглинене 1 кг холодоагенту у випарнику (питома холодопродуктивність холодоагенту), визначиться при цьому площею а-4-3-b.

Таким чином, теоретичний холодильний цикл компресійної машини з розширювальним циліндром відображений на S,Т-діаграмi прямолінійним контуром 1-2-3-4-1, що складається з двох ізотерм і двох адіабат. Витрачена на цей холодильний цикл робота, визначається площею, обмеженої контуром холодильного циклу, тобто пл. (1-2-3-4). Отже, даний холодильний цикл представляє собою ідеальний зворотний цикл Карно. Витрачена на цей холодильний цикл робота аналітично визначиться виразом