> Энциклопедический словарь Гранат, страница > Холодильные машины и устройства

Холодильные машины и устройства

Холодильные машины и устройства. Задача холодильной техники заключается в отнятии тепла у тела, температура которого ниже температуры окружающей среды. Действительно, если надлежит охлаждать холодный склад или холодильную камеру, то вея задача сводится к поддержанию в камере более низкой температуры, чем у окружающей среды, и в непрерывном отводе проникающего в камеру тепла. Если производится лед, то прежде всего надлежит понизить температуру воды до температуры замерзания (0°) и затем отнять при постоянной температуре всю скрытую теплоту таяния льда. Если производится сжижение воздуха или других трудно конденсируемых газов (смотрите ниже), то задача сводится к отнятию «крытой теплоты парообразования при очень низкой температуре.

Первый основной закон термодинамики—закон сохранения энергии—говорит, что тепло есть одна из форм энергии. Мы можем превращать энергию из одной ее формы в другую, но уничтожить ее мы не в состоянии. Так как при процессе охлаждения нет цели превращать тепло в иную форму энергии, то не остается иного выхода, как передать отнятое тепло какому либо другому телу. Таким телом, вообще говоря, может быть окружающая среда, и практически мы выбираем такое тело, которое оказывается наиболее удобным для этой цели; обычно применяют воду, которую называют в этом случае охлаждающей водой. Однако, окружающая среда имеет более высокую температуру, чем тело, у которого отнимается тепло, и потому перед холодильной техникой встает задача отнять у этого холодного тела тепло и передать его другому телу, имеющему более высокую температуру. Спрашивается, каким же образом этого достигнутье Практика показывает, что такой переход тепла не может происходить сам собой, что для этого требуются специальные устройства, которые, в свою очередь, требуют значительной затраты работы или тепла. Ответ на этот вопрос мы находим во втором основном законе термодинамики, который с помощью понятия об энтропии может быть сформулирован в таком виде: в природе невозможны процессы, которые могли бы вызвать уменьшение общей суммы энтропии всех участвующих в процессе тел, и что, наоборот, в природе возможны лишь такие процессы, в которых общая сумма энтропии всех участвующих в процессе тел растет или, в лучшем случае, остается неизменной (ср. теплота).

Процессы охлаждения — такие процессы, в которых энтропия уменьшается. Если тепло отнимается у холодного тела и сообщается более теплому, то уменьшение энтропии первого будет больше увеличения энтропии второго. Такой процесс возможен лишь в том случае, если будет введен некоторый вспомогательный ((процесс, и этот последний должен“!быть таким при котором энтропия возрастает, ибо уменьшение энтропии в целом невозможно. Мы имеем здесь тот общий признак, по которому для достижения охлаждения пригодны все те процессы, которые протекают с увеличением энтропии, причем увеличение энтропии при отдаче тепла должно быть по меньшей мере так же велико, как и уменьшение энтропии при процессе охлаждения. Отсюда легко вычисляется та минимальная работа, которую надо затратить, чтобы выполнить поставленную задачу. Это есть та работа, которая может точно уравновесить уменьшение энтропии, вызванное процессом охлаждения, ибо баланс энтропии говорит, что сумма изменений энтропии в идеальном случае должна быть равна нулю. Действительно, если бы мы могли количество тепла Qo. отнятое при температуре Т0, отдать окружающей среде при температуре Т > Т0, то уменьшение энтропии в первом случае было бы — AS-S1, а увеличение ее во втором случае + ДЭ2=-|г, причем ДЭ2 по абсолютной величине было бы меньше ДЭь так как Т > Т0. Уменьшение энтропии было бы при этом:

дв=дй1-д82=Оо(эг~-г)-

Так как такое уменьшение энтропии невозможно, то, очевидно, для переноса тепла необходима затрата работы AL, которая увеличит энтропию окружающей среды на величину ДЬ= - илинесколько большую, т. е.

откуда вычисляется та минимальная работа AL, которую необходимо затратить для переноса тепла с низшего на высший температурный уровень:

AL — Qo -х) — Qo

Из этого выражения видно, что затрата работы при таком переносе тепла прямо пропорциональна разности температур обоих источников тепла и что в практике надо стремиться к возможному уменьшению этой разницы, так как каждый лишний градус понижения температуры Т0 покупается ценой излишней затраты механической работы.