Холодильная машина – устройство для отвода теплоты от охлаждаемого тела, температура которого должна быть ниже, чем температура окружающей среды. Холодильные машины используются для получения температур от 10 до -1500 С.Область более низких температур относится к криогенной технике. Холодильные машины отнимают теплоту от охлаждаемого тела и передают охлаждающей среде (воде или окружающему воздуху) с затратой энергии.
Применяются несколько типов холодильных машин:
— воздушные холодильные машины .
— паровые компрессорные холодильные машины .
— абсорбционные холодильные машины.
Воздушная холодильная машина. Хладагентом в ней служит воздух. Принцип ее действия заключается в следующем. Воздух из охлаждаемой камеры 3 засасывается компрессором 1, где подвергается адиабатическому сжатию. Сжатый воздух поступает затем в теплообменник 2, где охлаждается водой. Далее воздух направляется в расширительную машину – детандер 4, где расширяется и производит полезную работу. Температура воздуха при расширении снижается до -60…-700 С. Охлажденный воздух затем поступает в холодильную камеру 3, где отнимает тепло от охлаждаемого тела.
Холодильный коэффициент теоретического цикла воздушной холодильной машины равен
, (3.7)
где q1 — количество теплоты, отнимаемого от охлаждаемого тела, 
.
q2 — количество теплоты, передаваемое охлаждающей воде, 
.
Рис.3.4-Схема воздушной холодильной машины
Паровая компрессорная холодильная машина. Рабочим телом такой машины являются низкокипящие тела: аммиак, фреоны и др. При атмосферном давлении температура их кипения ниже 00 С. Компрессор 1 сжимает пары рабочего тела, которые затем поступают в конденсатор 2, где отдают теплоту при постоянном давлении. Пары при этом конденсируются, превращаясь в жидкость за счет охлаждения водой. Далее жидкость проходит через дроссельный клапан 4, где расширяясь, превращается в пар. Затем рабочее тело виде пара поступает в охлаждаемую камеру 3 (испаритель), где при постоянных давлении и температуре насыщенный пар превращается в нагретый, отнимая теплоту от охлаждаемого тела. Далее пар подается в компрессор и цикл повторяется.
Холодильный коэффициент машины равен
. (3.8)
где q2 – количество теплоты, отнимаемое от охлаждающего тела, 
.
l – затраченная работа, 
.
i1 и i2 – энтальпия рабочего тела на входе и выходе из компрессора, 
.
i — энтальпия рабочего тела на входе в испаритель, 
.
Рис.3.5-Схема паровой компрессорной холодильной машины
Паровая компрессорная холодильная машина имеет более высокий КПД, чем воздушная.
Абсорбционная холодильная машина. В основу принципа действия абсорбционной холодильной машины положено свойство растворов изменять температуру кипения в зависимости от концентрации. В этих машинах в качестве рабочего тела используется водно-аммиачный раствор, температура которого снижается с повышением концентрации аммиака в растворе (рис.3.12.).
Абсорбционная холодильная машина работает следующим образом. Пары аммиака из генератора 1 сжижаются в конденсаторе 2 и через редукционный вентиль 3 поступают в испаритель 4, находящийся в охлаждаемой камере. При дросселировании давление паров падает от рк до давления в испарителе рх, а температура снижается от t1 до t4. Рабочее тело при этом переходит в газожидкостное состояние, отнимая теплоту Qx.
1 – генератор . 2 – конденсатор . 3 – редукционный вентиль .
4 – испаритель . 5 – абсорбер . 6 – насос.
Рис.3.6-Схема абсорбционной холодильной машины
Образовавшиеся в испарителе пары аммиака направляются в абсорбер 5, где поглощаются слабым водно-аммиачным раствором. Здесь использовано свойство слабого аммиачного раствора поглощать холодные пары аммиака. В абсорбер 5 из генератора 1 поступает слабый раствор аммиака, который по мере поглощения паров NH3 понижает свою концентрацию, а также давление паров рх и температуру t5. Насыщенный раствор аммиака насосом 6 перекачивается в генератор 1. В генераторе 1, благодаря подводу извне теплоты Qген, происходит кипение раствора при давлении рк с выделением почти чистого аммиака NH3. По мере отгонки аммиака раствор обедняется и отводится через редукционный вентиль в абсорбер 5. Выделенные пары аммиака поступают в конденсатор 2, где сжижаются путем отвода теплоты Qk. Перекачивающий насос 6 повышает давление раствора от Рх до Рк. Теплота растворения аммиака в абсорбере Qa отводится охлаждающей водой или воздухом.
Эффективность работы абсорбционной холодильной установки оценивается коэффициентом использования тепла
, (3.9)
где qx – холодопроизводительность, т. е. тепло, отбираемое в испарителе .
q1 – количество тепла, подведенное греющим паром в генераторе .
qH – затраты тепла на работу насоса.
Абсорбционная холодильная машина имеет ряд преимуществ, благодаря которым они получили широкое распространение: простота обслуживания, невысокая стоимость, возможность использования отработанного тепла. К недостаткам относятся низкий КПД, большой расход воды.
