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.