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• 3.4.0.1 冷蔵庫ハードウェア

カルノーサイクルは電力に使われてきたが、逆も実行できるのである。 その場合、今度は系に正味の仕事が入り、系から正味の熱が出る。 温度が高いほうでは熱量が排出され、低いほうでは熱量が吸収されることになります。 このうち前者は我々の慣習によれば負であり、後者は正である。 その結果、システムに仕事が行われ、低温の熱源から熱が取り出され、高温の熱源に熱が奪われることになります。 この「低温」と「高温」という言葉は相対的なもので、低温の熱源は暑い日の混雑した教室で、熱を抽出して部屋を冷やすために使用されるかもしれません。 図3.6に、サイクルおよび熱と仕事の移動を示す。 この運転モードでは、サイクルは冷蔵庫またはヒートポンプとして機能する。 私たちが支払うものは仕事であり、私たちが得るものは抽出された熱の量である。 この種の装置の性能係数は

図3.6:カルノー冷凍機の動作

カルノーサイクルは正転時の入熱、逆転時の出熱が分かっており、逆転時は同じ比率であれば、逆転時の入熱、出熱の比率は同じです。 従って性能係数は絶対温度で次のように与えられる。

これは1よりずっと大きいことがある。

これまで描いてきたカルノーサイクルは理想気体の挙動をもとにしている。 しかし、作動媒体が異なれば、その様相は異なる。 二相流の場合、その一例を見ることができる。

3.4.0.1 冷蔵庫ハードウェア

一般的に冷蔵庫の解析における熱力学系は、図3.7に示すようにループを循環する作動流体、冷媒であることが多いでしょう。 冷媒の内部エネルギー(および温度)は、ループ内の機器によって交互に上昇と下降を繰り返します。 作動流体は、ある地点では冷凍機の空気より冷たく、別の地点では周囲より熱くなります。

Figure 3.7:Schematic of a domestic refrigerator

図の右上から、より詳細にプロセスを説明します。 まず、冷媒は小型のタービンを通過するか、膨張弁を通過します。 これらの装置では、冷媒によって仕事が行われるので、冷媒の内部エネルギーは、冷蔵庫内の空気の温度よりも低くなるポイントまで下げられます。 熱交換器を使って、冷蔵庫の内部から冷えた冷媒にエネルギーを伝達し、内部のエネルギーを下げ、冷媒の内部エネルギーを上げる。 次に、ポンプやコンプレッサーを使って冷媒に仕事をさせ、さらにエネルギーを加えて、冷媒の内部エネルギーをさらに高める。 ポンプやコンプレッサーの駆動には、電気エネルギーが使われます。 冷媒の内部エネルギーは、周囲の温度よりも高温になるところまで上昇する。 冷媒を熱交換器（多くは冷蔵庫の背面にあるコイル）に通し、冷媒から周囲にエネルギーを移動させる。 その結果、冷媒の内部エネルギーは減少し、周囲の内部エネルギーは増加する。 このとき、冷蔵庫の内容物の内部エネルギーと、コンプレッサーやポンプを駆動するためのエネルギーが周囲に伝達されます。

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