Холодильная машина

ХОЛОДИЛЬНАЯ МАШИНА (а. refrigerating machine; н. Kuhlanlage; ф. machine frigorifique, соngelateur; и. refrigerador) — устройство для переноса тепла от объектов (веществ), охлаждаемых до температуры ниже температуры окружающей среды, в окружающую среду с затратой механической, тепловой или другой энергии.

Холодильная машина используются для получения температур от 10°С до — 153°С (область более низких температур относится к криогенной технике). В горном деле применяют холодильную машину парокомпрессионного, эжекторного, абсорбционного, детандерного, вихревого и термоэлектрического типов при подземном строительстве, замораживании грунтов, сепарации газов (особенно при низкотемпературной сепарации) и в других случаях, когда необходимо искусственное охлаждение.

Первые холодильные машины появились в 19 в. Одна из старейших холодильных машин — абсорбционная. Её изобретение и конструктивное оформление связано с именами Дж. Лесли (Великобритания, 1810), Ф. Kappe (Франция, 1850) и Ф. Виндхаузена (Германия, 1878). Первая парокомпрессионная холодильная машина, работавшая на эфире, построена Дж. Перкинсоном (Великобритания, 1834). В 1874 К. Линде (Германия) построил аммиачную парокомпрессионную холодильную машину, которая положила начало холодильному машиностроению.

Действие парокомпрессионных холодильных машин основано на использовании теплоты испарения жидких рабочих веществ (хладагентов), в качестве которых применяют аммиак, фреоны, углеводороды, смеси различных веществ. Пары холодильного агента сжимаются в компрессоре до давления, обеспечивающего их конденсацию при теплообмене с водой или воздухом. Сконденсированный хладагент собирается в ресивере, из которого через регулирующий вентиль подаётся в испаритель, где выкипает при низком давлении, соответствующем требуемой температуре, за счёт подвода тепла от охлаждаемого объекта. Для привода компрессора используется механическая энергия.

В холодильных машинах абсорбционного и эжекторного типа процесс происходит также с изменением агрегатного состояния рабочего вещества. В абсорбционных холодильных машинах роль механического компрессора исполняет система абсорбер-генератор. Рабочим веществом служит раствор, состоящий из двух компонентов с различных температур кипения при одинаковом давлении, один из которых является хладагентом, другой — поглотителем (сорбентом). В практике применяется водоаммиачный раствор и водный раствор бромистого лития. В абсорбере происходит поглощение паров холодильного агента, поступающих из испарителя, слабым раствором при отводе теплоты сорбции. Насыщенный раствор из абсорбера подаётся в генератор, где из него выпаривается практически чистый холодильный агент при давлении конденсации за счёт подвода тепла. Затем холодильный агент конденсируется и подаётся в испаритель, а слабый раствор из генератора возвращается в абсорбер.

Эжекторные холодильные машины, так же как и абсорбционые, используют энергию в виде тепла. В CCCP нашли применение пароводяные машины, обеспечивающие охлаждение только до положительных температур. Повышение давления от давления кипения до давления конденсации хладагента происходит в эжекторе за счёт кинетической энергии потока из парогенератора. В детандерных холодильных машинах обычно не происходит изменения агрегатного состояния вещества. Охлаждение осуществляется за счёт адиабатического расширения предварительно сжатого газа с отводом механической энергии. В состав детандерной холодильной машины, как правило, входит компрессор, детандерно-компрессорный агрегат и теплообменные аппараты. В состав вихревых холодильных машин входят компрессор и теплообменные аппараты. В качестве рабочего вещества, как правило, используется воздух. Охлаждение с помощью вихревой трубы осуществляется на основе эффекта Ранка, состоящего в том, что в трубе с тангенциальным вводом поток сжатого газа разделяется на 2 потока, один из которых имеет температуру ниже исходной, а второй — выше. Холодильные машины термоэлектрического типа основаны на эффекте Пельтье, заключающегося в том, что при пропускании электрического тока через соединённые пластины из различных материалов в местах контактов пластин возникает разность температур — один спай нагревается, а другой — охлаждается. Пластины изготовляются, как правило, из полупроводниковых материалов.