2.5. Абсорбционные бытовые холодильные машины

В абсорбционных холодильных машинах холодильный агрегат, как и в компрессионных, является замкнутой герметичной системой, в которой циркулирует многокомпонентный хладагент. Абсорбция – это поглощение одного вещества другим (например, газа жидкостью). В абсорбционных холодильных агрегатах для того, чтобы заставить циркулировать хладагент, затрачивается не механическая работа (сжатие), а затрачивается тепло (от электронагревателя, от газовой горелки, пара или от солнца) [2].

Многокомпонентный хладагент абсорбционного агрегата состоит из, собственно, хладагента – аммиака, абсорбента – воды, водорода, способствующего ускорению движения хладагента и химических веществ, препятствующих коррозии металлов. Абсорбент – жидкость, поглощающая газ. Аммиак – это легкокипящая жидкость, с температурой кипения 32 °С. Аммиак хорошо поглощается водой, поэтому при выпаривании (подогреве) воды вместе с ней испаряется и аммиак, содержащийся в воде. Горячий пар, поднимающийся вверх, конденсируется в конденсаторе (жидкий аммиак отделяется от жидкой воды, т.к. вода конденсируется раньше). При испарении конденсата аммиака в испарителе происходит отбор тепла от продуктов, а пары аммиака вновь поглощаются водой.

Преимущества:

-отсутствие механических трущихся частей;

-отсутствие шума при работе.

Недостатки:

-большая инерционность (медлительность) при выходе на рабочий режим (в несколько раз дольше, чем у компрессионных);

-вследствие инерционности холодильник должен работать, хотя и с разной степенью энергопотребления, но постоянно, следовательно, он не столь экономичен;

-сложность при изготовлении и ремонте;

-резкий запах, возникающий при разгерметизации агрегата.

Применение абсорбционных машин весьма выгодно на предприятиях, имеющих вторичные энергоресурсы (отработанный пар, горячая вода, отходящие газы промышленных печей и т.д.). Абсорбционные холодильные машины бытового назначения вследствие их недостатков практически не применяются.

2.6. Термоэлектрические холодильные приборы

Термоэлектрический эффект был открыт в 1834 году французским физиком Ж. Пельтье. Эффект заключается в том, что если пропускать электрический ток через спай двух специально подобранных материалов (назовем среди них висмут и сурьму или индий), то один из них нагревается, а другой – охлаждается. Это явление и побудило создать такой термоэлектрический модуль, у которого при пропускании электрического тока одна сторона нагревается до температуры выше атмосферной, а другая – охлаждается ниже ее.

Т аким образом, с одной стороны модуля можно отбирать тепло, а с другой – холод. Типичные термоэлектрические модули представлены на рис. 2.10 [4].

Широкое применение во всех сферах человеческой деятельности холодильных установок с фреоносодержащими смесями явилось одной из причин серьезного нарушения экологического баланса земной атмосферы, связанного с нарушением озонового слоя. Лучшей альтернативой парокомпрессионным и абсорбционным холодильным системам является термоэлектрический метод охлаждения, при котором роль хладагента выполняют электронные и дырочные токи в полупроводниках.

Термоэлектрические охладительные системы отличает высокая надежность, стойкость к механическим нагрузкам и вибрации относительно парокомпрессионных охладительных систем, у которых при больших механических нагрузках возникает утечка фреона. В отличие от парокомпрессионных, термоэлектрические системы не нуждаются в систематических ремонтных работах. Приобретая термоэлектрическое устройство не надо заботиться о расходах на его обслуживание в будущем.

Термоэлектричество, вытесняя традиционные охладительные системы, все активнее начинает использоваться в самых разных сферах: медицина, железнодорожный транспорт, автомобильная промышленность, авиационная и космическая техника, промышленная электроника и энергетика, коммутационное и компьютерное оборудование, бытовая техника [3].

Основные преимущества термоэлектрических систем:

1. компактность;

2. широкий диапазон рабочих температур;

3. высокая надежность, устойчивость к ударам и вибрации;

4. возможность работы в условиях невесомости или перегрузок;

5. возможность переключения от охлаждения к нагреву при изменения полярности питания;

6. отсутствие движущихся частей;

7. экологическая чистота (не используются газы и хладагенты);

8. нет эксплуатационных расходов.

На рис. 2.11 схематично показано поперечное сечение термоэлектрического холодильника объемом 65 дм³, способного поддерживать температуру холодильной камеры на 10 °С ниже температуры окружающей среды. Подобные холодильники применяются на судах и рассчитаны на хранение шести тонн замороженных или охлажденных продуктов. В верхней части устройства расположены 72 термоэлемента, обеспечивающие охлаждение, которые потребляют большую часть из 135 Вт электроэнергии, необходимой для работы холодильника. Съем тепла с термоэлектрического модуля и отдача его в окружающую среду производится принужденной вентиляцией  обдувом. В канале обдува воздухом расположены специальные ребра для лучшего теплообмена с обдуваемым воздухом, а в камере установлены специальные пластины для увеличения поверхности теплообмена с охлаждаемыми продуктами.

Термоэлектрический модуль является уникальным устройством по преобразованию электрической энергии в тепловую и наоборот. Он находит широкое применение в различных областях техники. В бытовой сфере термоэлектрические модули применяют в конструкциях переносных холодильников и морозильников различного объема и назначения, охладителях питьевой воды и тонизирующих напитков, охладителях для вина и пива, охлаждающих коробок и шкафов для магазинов, кафе и т.п.

Рис. 2.11. Схема термоэлектрического бытового холодильника:

1 – охлаждающие ребра; 2 – вентилятор; 3 – жалюзи; 4 – термоэлементы;

5 – тепловая изоляция; 6 – холодные пластины (ребра)