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 1—2). Компресор нагнітає повітря в теплообмінник ТО, у якому повітря охолоджується від температури Т2 до Т3 (процес 2—3), віддаючи поглинену теплоту навколишньому середовищу, наприклад воді. Потім повітря адіабатично розширюється в розширювальному циліндрі (детандері) Д від тиску р2 до р1 (процес 3—4), здійснюючи корисну роботу, і надходить в охолоджуваний об'єкт Об, де нагрівається від температури Т4 до Т1 (процес 4—1), 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-Т-діаграмі виміряється площею під процесом 1—4 і дорівнює
q0 = i1 – i4 = cp(T1 – T4).
Кількість теплоти, відведеної від 1 кг повітря, в s-Т - діаграмі виміряється площею під процесом 2—3 і дорівнює
q = i2 – i3 = cp(T2 – T3).
Робота циклу дорівнює різниці робіт компресора i детандера
l = lk – lp = (i2 – i1) - (i3 – i4)
або з теплового балансу
l = q – q0 = (i2 – i3) - (i1 – i4) = cp(T2 – T3) - cp(T1 – T4).
Холодильний коефіцієнт циклу
ε = q0 /l = cp(T1 – T4)/ [cp ( T2 – T3) - cp (T1 – T4)].
Якщо допустити, що повітря є ідеальним газом, тобто cр=const, то можна написати
ε = (T1 – T4)/[( T2 – T3) - (T1 – T4)],
або
ε =(T1 – T4)/ [T1 ( T2/T1 -1) - T4 (T3/ T4 –1)]
Для адіабатичних процесів стиску і розширення повітря відношення абсолютних температур можна представити у вигляді
T2/T1= T3/ T4 = (р2/p1)n-1/n
де п — показник адіабати.
Тоді
ε = T1/( T2 – T1)= T4/ (T3 – T4).
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.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.