Холодильні машини, які використовують витрату зовнішньої роботи, страница 4

Повітряні холодильні машини використають головним чином для спеціальних цілей, наприклад кондиціонування повітря в літаках, поділу газів в установках глибокого охолодження й т.д.

Газовими холодильними називають машини, у яких холодильним агентом є речовини, що перебувають у газоподібному стані й не змінюють свій агрегатний стан при здійсненні циклу. Холодильним агентом у таких машинах часто є повітря, і тоді їх називають повітряними холодильними машинами. Їх застосовують в області відносно низьких температур (від —80 до —120 °С), де ефективність їхньої роботи близька до парових холодильних машин.

Питома масова  холодопродуктивність повітря значно менша, ніж киплячого холодильного агента в циклі парової холодильної машини. Тому при використанні повітряних (газових) холодильних машин потрібна більша масова подача холодильного агента, що обумовлює застосування відцентрових компресорів і детандерів, що мають більшу продуктивність при невеликих габаритних розмірах.

Цикл роботи повітряної холодильної машини показаний на рис. 7. Повітря температурою Т1, рівною температурі охолоджуваного тіла Т0, надходить у компресор Км і адіабатично стискується від тиску р1 до тиску р2 (процес 12). Компресор нагнітає повітря в теплообмінник ТО, у якому повітря охолоджується від температури Т2 до Т3 (процес 23), віддаючи поглинену теплоту навколишньому середовищу, наприклад воді. Потім повітря адіабатично розширюється в розширювальному циліндрі (детандері) Д від тиску р2 до р1 (процес 34), здійснюючи корисну роботу, і надходить в охолоджуваний об'єкт Об, де нагрівається від температури Т4 до Т1 (процес 41), відводячи теплоту від охолоджуваного тіла, наприклад повітря. З охолоджуваного об'єкта повітря   надходить у компресор, і далі   цикл повторюється.

Питома масова холодопродуктивність 1 кг повітря (холодильного агента) в s-діаграмі виміряється площею під процесом 14 і дорівнює

q0 = i1i4 = cp(T1T4).

Кількість   теплоти, відведеної від 1 кг повітря, в s - діаграмі виміряється площею під процесом 2—3 і дорівнює

q = i2i3 =  cp(T2T3).

Робота циклу дорівнює різниці робіт компресора i детандера

l = lklp = (i2i1) - (i3i4)

або з теплового балансу

l = q – q0 = (i2 – i3) - (i1 – i4) = cp(T2T3) - cp(T1T4).

Холодильний коефіцієнт циклу

ε = q0 /l = cp(T1T4)/ [cp ( T2T3) - cp (T1T4)].

Якщо допустити, що повітря є ідеальним газом, тобто cр=const, то можна написати

ε = (T1T4)/[( T2T3) - (T1T4)],

або

ε =(T1T4)/ [T1 ( T2/T1 -1) -  T4 (T3/ T41)]

Для адіабатичних процесів стиску і розширення повітря відношення абсолютних температур можна представити у вигляді

T2/T1= T3/ T4 = 2/p1)n-1/n

де п — показник адіабати.

Тоді                                                                                 

ε = T1/( T2T1)= T4/ (T3T4).

Коефіцієнт оборотності циклу η= ε / εобр.

Рис. 7.  Функціональна  схема  повітряної  холодильної  машини і цикл її роботи

При постійних температурах зовнішніх джерел Т0 = const і Тос = const цикл повітряної холодильної машини дає більші необоротні втрати. Цей цикл термодинамічно доцільний, якщо є джерела змінної температури, наприклад, якщо повітряна холодильна машина здійснює комбінований цикл, прохолоджуючи і нагріваючи одночасно.

За принципом одержання низьких температур виділяють два типи повітряних холодильних машин.

До першого типу ставляться машини, ефект охолодження в яких досягається завдяки розширенню повітря з виробництвом зовнішньої корисної роботи в розширювальної машині-детандері. Прикладом таких машин можуть служити повітряні холодильні машини серії ТХМ, що знайшли використання при швидкому заморожуванні ендокринної сировини й деяких видів продуктів рослинного походження.

У машин другого типу ефект охолодження є результатом розширення повітря без віддачі корисної роботи. На цьому заснована робота вихрових труб.

2. Літературні джерела

1.  Процеси і апарати харчових виробництв. Під ред. проф. Манежика І.Ф. – Київ.: НУХТ, 2003 р.

2.  Чумак И.Г и др. Холодильные установки. - М.: Легкая промышленность, 1981 г.

3.  Технологическое оборудование пищевых производств. Под ред. Азарова Б.М. М.: Агропромиздат, 1988 г.

4.  Мещеряков Ф.Е. Основы холодильной техники и холодильной технологи. – М.: Пищевая промышленность, 1975 г.

5.  Драганов Б.Х. і інші . Теплотехніка : підручник – 2-е видання, перероблене і доповнене. – Київ: фірма «Інкос», 2005 р.

6.  Ильясов В.С. и др. Холодильная технология продуктов в мясной и молочной промышленности М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983 г.