9 Пароэжекторные холодильные машины
Пароэжекторные холодильные машины относятся к группе теплоиспользующих. В них осуществляются одновременно два цикла: прямой (силовой), в котором теплота превращается в механическую работу, и обратный (холодильный), в котором эта механическая работа используется для получения холода. В качестве рабочих тел в пароэжекторных холодильных машинах могут быть использованы вода, аммиак и хладоны. Однако практически применяют чаще всего пароводяные эжекторные холодильные машины, в которых рабочим телом и одновременно хладоносителем служит вода.
Пароводяные эжекторные холодильные машины работают при температуре кипения выше О С. В них охлаждают воду для установок кондиционирования воздуха и производственно-технологических нужд. Холодильный цикл протекает при давлении ниже атмосферного, температура кипения рабочей воды обычно 2—15°С, что соответствует остаточному давлению в испарителе 700—1700 Па. Показатель современных пароэжекторных холодильных машин в зависимости от условий работы и конструкции составляет 0,14—О,18.
Машины обычно выполняют в виде агрегатов, включающих теплообменные аппараты, эжекторы и внутримашинный трубопровод с запорной, регулирующей и защитной арматурами. Агрегатированные пароэжекторные холодильные машины имеют холодопроизводительность от 200 до 2000 кВт.
10 Воздушные холодильные машины
Воздушные холодильные машины находят применение для получения температуры воздуха от -50 до -100 °С в специальных областях техники. Воздушная холодильная машина с детандером 3 (расширительная машина) показана на рис. 3.4. При расширении в детандере 3 воздух выполняет внешнюю работу и охлаждается. В компрессоре 7, наоборот - за счет затрачиваемой работы воздух сжимается и нагревается. После сжатия в компрессоре воздух охлаждают в теплообменнике 2, поэтому после расширения в детандере 3 он имеет температуру ниже окружающей среды и очень низкую влажность. В пищевых отраслях промышленности воздушные холодильные машины не используют вследствие большой осушающей способности холодного воздуха.
Разновидностью воздушной холодильной машины является вихревая труба, где используется вихревой эффект, обнаруженный в 1931 г. французским инженером Ранком.
Вихревая труба (рис. 3.5) представляет собой устройство, внутренняя полость которого разделена на две части диафрагмой с центральным отверстием. Рядом с диафрагмой 3 находится сопло 2, куда подается сжатый компрессором воздух. Сопло направляет воздух по касательной линии к внутренней поверхности трубы, в результате этого он «закручивается». Центральная часть потока с малой скоростью проходит через диафрагму 3 к «холодному» концу трубы, а часть потока с большой скоростью направляется в противоположную сторону трубы к «теплому» ее концу, где установлен дроссельный вентиль 4.
Температура холодного потока зависит от давления воздуха на входе в сопло2. Разница в скорости воздуха в центральной и периферийной частях закрученного потока приводит к тому, что внутри потока происходит передача кинетической энергии центральными слоями воз-
духа внешним слоям потока, повышая температуру последних. Центральные слои при этом охлаждаются.
При отношении массы холодного потока к общей массе воздуха, подаваемого в сопло, от 0,2 до 0,6 и давлении на входе около 300 кПа (3 кгс/см2) температура холодного потока достигает -20.. .-30 °С.
В связи с негативным влиянием на окружающую среду фреонов и ядовитостью и взрывоопасностью аммиака (подробно см. главу 4), в последнее время воздушным ХМ уделяется все большее внимание.
В XT №9 за 2003 г. опубликована интересная статья канд. техн. наук Н. Г. Кириллова, посвященная перспективам использования в области умеренного холода воздушных ХМ Стирлинга.
Как известно, шотландец Роберт Стирлинг предложил свой цикл еще в 1816 г. Основная конструктивная особенность этих ХМ заключается в совмещении процессов сжатия и расширения рабочего тела в одном устройстве. При этом имеет место эффективный теплообмен между прямым и обратным потоками, а также внешний теплообмен с охлаждаемым объектом и с окружающей средой.