4.4.4 Воздушная компрессионная холодильная машина
Использование в качестве хладагента воздуха при всех его термодинамических несовершенствах (отсутствие энергоёмких фазовых переходов, невысокая сжимаемость и др.) привлекательно доступностью, безопасностью (в том числе и экологической), возможностью непосредственной подачи в охлаждаемое помещение (т. е. реализации открытого цикла).
В схеме воздушной компрессионной холодильной машины (рисунок 4.20) целесообразно использовать центробежный компрессор 3 с несколькими ступенями повышения давления. Каждая ступень представлена вращающимся металлическим диском с периферийно расположенными профилированными лопатками и неподвижным направляющим лопаточным аппаратом.
1 – расширитель; 2 – охладитель; 3 – компрессор; 4 – охлаждаемое помещение
Рисунок 4.20 – Принципиальная схема воздушной холодильной машины
Такой выбор объясняется малой теплоёмкостью воздуха, и для достижения приемлемой холодопроизводительности необходимо обеспечить его большую объёмную подачу.
Воздух, нагретый за счёт работы компрессора выше температуры окружающей среды, отдаёт избыточную теплоту в охладителе 2. Далее по схеме, как обычно, располагается расширяющее устройство 1, в котором снижаются как давление, так и температура хладагента. В данном случае для этой цели используют детандерную турбину, которая позволяет выработанную при расширении энергию механическим путём передать компрессору (для этого их располагают на одном валу). Затраты энергии на совершение холодильного цикла при этом снижаются, а холодильный коэффициент соответственно возрастает. Охлаждённый воздух после турбины поступает в грузовую камеру 4 (овощной склад и т. д.).
4.4.5 Абсорбционная холодильная машина
Основной особенностью, отличающей эту машину от компрессионных, является использование в качестве внешнего организующего энергетического воздействия не механической работы, а теплоты. Поэтому этот тип холодильных машин относят к числу теплоиспользующих установок. Они применяются реже, чем компрессионные, главным образом в стационарных хранилищах скоропортящихся продуктов.
Абсорбционная холодильная машина (рисунок 4.21) работает на принципе абсорбции и десорбции газообразного вещества некоторой средой.
Абсорбция – поглощение газа всем объёмом среды, которой обычно является жидкость. Наиболее часто в холодильной технике в качестве газа используют аммиак, а абсорбента – вода, хорошо растворяющая аммиак. Получающееся соединение является бинарной смесью с резко различающимися температурами кипения компонентов, что и используется при организации циклически повторяющихся процессов холодильной машины. Аммиак здесь выступает в роли хладагента.
Соединение аммиака с водой происходит в абсорбере (см. рис. 4.21), при этом необходимо отводить теплоту экзотермической реакции. Насыщенный водный раствор аммиака подаётся затем насосом в генератор NH3, где за счёт подвода внешней энергии (пара из котельного агрегата или другого источника) происходит обратный процесс – выпаривание легкокипящего компонента смеси – аммиака.
Рисунок 4.21 – Принципиальная схема абсорбционной холодильной машины
Процесс поглощения аммиака сопровождается понижением давления и подсосом участвующих в реакции сред, а процесс выпаривания – повышением давления и их нагнетанием. Поэтому нетрудно обнаружить в подсистеме, выделенной синим цветом, аналогию компрессора в паровой компрессионной машине. В данном случае компрессор называют термохимическим. Он действует на основе непрерывно-периодического изменения концентрации аммиака в воде. В остальном схемы абсорбционной и парокомпрессионной холодильных машин идентичны. Тепловой баланс абсорбционной холодильной машины выглядит:
qо +qг +qн = qа +qк,
где qо, qг, qн – теплота, принимаемая аммиаком соответственно в испарителе, генераторе, насосе; qа, qк – теплота, отдаваемая аммиаком соответственно в абсорбере и конденсаторе машины.
Холодильный коэффициент абсорбционной холодильной машины a = qо/(qг+qн) ниже, чем у паровой компрессионной машины, но первая позволяет использовать дешёвые источники теплоты (отходящие газы, отработанный пар и др.).