Воздушная холодильная машина. Устройство, принцип работы.

Воздушные холодильные машины потребляют энергию на привод компрессора для сжатия воздуха, который используется в качестве рабочего вещества, что позволяет направлять охлажденный воздух непосредственно в обслуживаемое помещение. Используются два конструктивных решения для получения воздуха в качестве холодильного агента: вихревые трубы и турбодетандеры.

В вихревой трубе происходит вихревой эффект температурного разделения воздуха (рис. 4.5). Сжатый воздух с начальной температурой, как правило, близкой к окружающей, поступает через сопло и тангенциально входит в улитку. В трубе воздух совершает сложное вращательное движение и у стенок трубы образуется зона повышенного давления, где воздух имеет более высокую температуру по сравнению с начальной, а по оси трубы образуется зона пониженного давления с воздухом более низкой температуры, чем начальная. Нагретый воздух выходит через периферийное отверстие, открываемое дроссельным вентилем, а холодный воздух выходит через центральное отверстие в диафрагме. Полезно может использоваться как нагретый, так и охлажденный воздух, поступающий после вихревой трубы. Рис 4.5. Вихревая труба:

 

 

I – тёплый воздух; II – охлаждённый воздух; 1 ―сопло  для подвода сжатого воздуха; 2 – улитка, дающая направление вращению воздуха; 3 – труба, в которой воздух совер- шает вращательное движение; 4 – дроссель-клапан для выхода нагретого воздуха; 5 – диафрагма с центральным отверстием для выхода холодного воздуха.

Холодильный процесс в вихревой трубе требует большого расхода электроэнергии. Достоинства этого метода охлаждения – конструктивная простота вихревой трубы, надежность работы и быстрота пуска. Применение его целесообразно в отдельных случаях для эпизодического кратковременного получения холода в малых количествах, особенно при наличии сети пневматических трубопроводов.

В турбохолодильных машинах (рис. 4.6, а) используется принцип расширения сжатого воздуха и сопутствующего этому процессу его охлаждения. Наружный воздух (или смесь с рециркуляционным) из обслуживаемого помещения поступает на сжатие в турбокомпрессор 1. Нагретый в процессе сжатия воздух далее охлаждается в теплообменнике 2, в котором проходит охлаждающая среда 3. После охлаждения сжатый воздух подводится к турбодетандеру 4, где он расширяется со снижением давления и энтальпии. Через вал 5 вращение передаётся на рабочее колесо вспомогательного вентилятора 6. Если в турбодетандере происходит расширение влажного воздуха, то при его охлаждении образуется мелкодисперсная влага, которая выносится потоком воздуха и улавливается сепаратором 7. Охлаждённый и осушенный воздух после сепаратора по приточным воздуховодам подаётся в обслуживаемое помещение

Рис. 4.6. Принципиальная схема воздушной турбохолодильной машины (а)

и изображение ее цикла (б)

1 – турбокомпрессор; 2 – теплообменник; 3 – охлаждающая среда; 4 – турбодетандер; 5 – вал; 6 – вспомогательный вентилятор; 7 – сепаратор.

Изображение раздельного цикла турбохолодильной машины в T - s диаграмме представлено на рис. 4.6(б). Точка 1 на диаграмме соответствует параметрам воздуха перед турбокомпрессором (Рн; Тн). В процессе сжатая давление и температура воздуха повышается до P_KK и T_KK (точка 2). Сжатый горячий воздух охлаждается в теплообменнике до давления Р_ДН и температуры Т_ДН (точка 3), с которыми поступает в турбодетандер. При расширении воздуха в турбодетандоре понижается его давление до Р_ДК и температура Т_ДК (точка 4); охлажденный воздух подается в обслуживаемое помещение. Предварительно воздух можно подогревать, подмешивая наружный или рециркуляционный воздух. Отрезок 4-5 на диаграмме соответствует процессу восприятия избытков теплоты и влаги приточным воздухом в кондиционируемом помещении. Из рис. 4.6 Вихревые трубы и турбодетандеры нашли применение для обслуживания небольших объемов.

Энергетическая эффективность получения холода в воздушных холодильных машинах значительно ниже, чем в парокомпрессионных и абсорбционных холодильных машинах. (б) видно, что цикл турбохолодильной машины в режиме кондиционирования получается разомкнутым, так как для сжатия в турбокомпрессоре поступает воздух с более высокой температурой (точка 1), чем это характерно для температуры в кондиционируемом помещении (точка 5).