Статьи о холодильных машинах
Холодильник — это тепловой двигатель, работающий в обратном направлении. Таким образом, тепловой двигатель забирает тепло из области с низкой температурой и отводит его в область с высокой температурой. Для того чтобы этот процесс произошел, двигатель должен совершить работу. Однако тепло естественным образом перетекает только из области с высокой температурой в область с низкой температурой. Тепло не может перетекать самостоятельно из области с низкой температурой в область с высокой температурой. Это соответствует ранее обсуждавшейся формулировке Клаузиуса. Для процесса, происходящего в холодильнике, предыдущую формулировку Клаузиуса можно записать следующим образом:
Холодильная машина (работающая в цикле) не может перемещать тепло из области с низкой температурой в область с высокой температурой, не совершая работы ( второй закон термодинамики – утверждение Клаузиуса).
Текст, выделенный курсивом, представляет собой специальную формулировку второго закона термодинамики. Эта формулировка применима только к холодильным машинам. Процесс изменения формы энергии и передачи энергииэнергия на 
Охлаждающая машина выглядит так, как показано на схеме ниже.
Машина совершает работу (W), отводя тепло из места с низкой температурой (Q L ) и отдавая его в место с высокой температурой (Q H ) . Исходя из закона сохранения энергии, можно заключить, что Q L + W = Q H.
Если в тепловых двигателях используется термин КПД, то в холодильных машинах используется термин коэффициент полезного действия (КПД). Коэффициент полезного действия (КПД) холодильной машины — это отношение количества теплоты, переданной из области с низкой температурой (Q L ), к работе (W), затраченной на передачу этой теплоты. Математически это можно записать следующим образом:
Если вы хотите выразить коэффициент полезного действия холодильной машины в процентах, просто умножьте это уравнение на 100%. Коэффициент полезного действия идеальной холодильной машины (коэффициент Карно):
Существует несколько типов холодильных установок, которые мы обычно используем, включая холодильники, кондиционеры и тепловые насосы.
Холодильник
Конденсатор = преобразует пар в жидкость, компрессор = сжимает. Охлаждающие змеевики обычно расположены внутри холодильника, а конденсаторные змеевики — снаружи (сзади холодильника).
Внутри змеевиков находится жидкость, находящаяся в фазовом равновесии (существующая в жидком и газообразном состояниях). Эта жидкость известна как хладагент. В прошлом обычно использовался фреон. Сегодня фреон больше не используется, поскольку его выбросы могут повредить озоновый слой.
Двигатель компрессора (приводимый в движение электричеством) всасывает хладагент (в парообразном состоянии) и адиабатически сжимает его. В результате адиабатического сжатия температура пара повышается. По мере повышения температуры давление пара также увеличивается. Разница температур между компрессором (высокая температура) и конденсатором (низкая температура) заставляет высокотемпературный пар высокого давления протекать через конденсаторные змеевики, расположенные в задней части холодильника.
Температура пара выше температуры окружающего воздуха, поэтому, проходя через конденсаторный змеевик, пар выделяет тепло в окружающий воздух. Поскольку он конденсируется в конденсаторе, пар охлаждается и превращается в жидкость. Проходя через расширительный клапан, превратившийся в жидкость хладагент адиабатически расширяется. Наличие адиабатического расширения приводит к охлаждению жидкости (понижению её температуры). Холодная жидкость течёт внутри змеевиков холодильника. Поскольку жидкость в змеевиках холоднее воздуха в холодильнике, тепло поглощается жидкостью до тех пор, пока хладагент не превратится в пар (жидкость поглощает тепло в холодильнике). Превратившийся в пар хладагент всасывается двигателем компрессора и адиабатически сжимается. И так далее… (процесс повторяется снова). Поскольку тепло внутри холодильника передаётся жидкости внутри змеевиков, холодильник охлаждается.
Кондиционер (AC)
Хотя конструкция устройства отличается, основной принцип работы кондиционера схож с принципом работы холодильника. В данном случае холодильник — это комната. Обычно охлаждающие змеевики расположены внутри комнаты, а конденсаторные змеевики — снаружи. За конденсаторными змеевиками находится вентилятор. Задача вентилятора — регулировать циркуляцию воздуха и обдувать конденсаторные змеевики, тем самым ускоряя теплопередачу между ними и окружающим воздухом. И наоборот, за охлаждающими змеевиками находится воздуходувка. Ее функция аналогична функции вентилятора. В то время как вентилятор обдувает конденсаторные змеевики наружу, направляя тепло в окружающий воздух, воздуходувка обдувает охлаждающие змеевики внутрь, распространяя холодный воздух по всей комнате.
Тепловой насос
Тепловые насосы обычно используются в холодные зимние месяцы. Принцип работы теплового насоса аналогичен принципу работы холодильника. Разница заключается в том, что холодильник — это устройство, используемое для охлаждения помещения, а тепловой насос — для его обогрева. В то время как холодильник совершает работу по поглощению тепла из помещения (QL ) и его выделению наружу (QH ) , тепловой насос поглощает тепло снаружи (QL ) и выделяет его в помещение (QH ) . Дополнительное тепло приводит к повышению температуры в помещении. Летом тепловой насос можно переключить в режим работы кондиционера.
