Вихревой эффект (эффект Ранка-Хильша)

Этот эффект происходит без совершения внешней полезной работы и создается с помощью так называемой вихревой трубки.

Рис. Схема вихревой трубы

Сжатый газ вводится обычно при температуре окружающей среды в цилиндрическую трубу 1 через сопла 3 по касательной к внутренней поверхности трубы.

Поступивший в трубу 1 газ совершает вращательное движение по отношению к оси трубы и перемещается от сопла 3 к тому концу трубы, где размещен вентиль 4.

При этом часть периферийного потока выходит, из трубы 1 с температурой более высокой, чем температура поступающего газа, а часть противотоком проходит к центральной части трубы и выходит через диафрагму 2 с температурой более низкой, чем начальная. Поток газа с низкой температурой используется для охлаждения, а с высокой температурой - для нагревания.

Эффект Пельтье

Этот эффект положен в основу термоэлектрического охлаждения. Сущность его заключается в том, что при прохождении, электрического тока через цепь, составленную из разнородных проводников в местах контактов (спаев) в зависимости от направления тока выделяется или поглощается некоторое количество тепла Qn

Разнородность проводников характеризуется различием энергии носителей тока (электронов, «дырок»).

Чем больше алгебраическая разность величин этой энергии, тем сильнее проявляется эффект Пельтье, тем больше выделяется или поглощается тепла в спаях проводников.

Коэффициент, отражающий указанное качество различных про­водников (ветвей термоэлемента), назван коэффициентом Пельтье П.

Количество тепла Пельтье Q_П прямо пропорционально силе тока

Q_П = П*I (3.3.)

Снижение температуры спая (поглощения теплоты Пельтье) происходит в том случае, когда под воздействием электрического поля электроны, двигаясь из одной ветви термоэлемента в другую, переходят в новое состояние с более высокой энергией. При этом повышение энергии электронов происходит за счет кинетической энергии, отбираемой от атомов ветвей термоэлемента в местах их сопряжения.

При обратном направлении движения тока электроны, переходя на более низкий энергетический уровень, отдают избыточную энергию атомам кристаллической решетки, нагревая спай термоэлемента.

В обоих случаях поглощение или выделение тепла происходит непосредственно вблизи контакта ветвей термоэлемента, так как тепловое равновесие наступает на расстоянии всего нескольких десятков соударений электрон-атом. В этом случае возникновение электрического тока обусловливается термоэлектродвижущей силой (т.э.д.с.), возникающей в результате диффузии электронов и «дырок» из более нагретых мест в менее нагретые.

Холодильные агенты и масла, применяемые в аэродромных установках.

Вещество, применяемое в качестве рабочего тела при осуществлении холодильных циклов, называется холодильным агентом (хладагентом).

К холодильным агентам, применяемым в аэродромных кондиционерах, предъявляются следующие основные требования:

- безвредность для здоровья человека;

достаточно низкая температура кипения при нормальном атмосферном давлении (во избежание засоса воздуха в систему при работе холодильной машины, приводящего к понижению холодопроизводительности кондиционера);

- сравнительно невысокое давление конденсации;

- негорючесть и взрывобезопасность;

- нейтральность по отношению к металлам;

- хорошая растворимость воды, так как в случае малой растворимости влага, попавшая в холодильную систему, будет замерзать и, закупоривать систему ледяными пробками;

- иметь низкую стоимость.

Перечисленным требованиям наиболее соответствуют холодильные агенты, применяемые в аэродромных кондиционерах, известные под общим названием фреоны или хладоны.

Фреоны - фтористые и хлористые производные предельных (насыщенных) углеводородов СН_2n+2, в частности метана и этана, полученные замещением атомов водорода атомами фтора, хлора, брома (C_nH_xF_yCl_zB_2u).

Они чрезвычайно многочисленны, что позволяет получить широкий спектр их свойств. Числа молекул отдельных составляющих, входящие в эти химические соединения, связаны зависимостью

x+y+z+u=2n+2.

Наибольшее применение в аэродромных кондиционерах имеют фреон-12 (дифтордихлорметан CF₂Cl₂), фреон-22 (дифтормонохлорметан СНF₂Cl) и фреон-142 (дифтормонохлорэтан C₂H₃F₂Cl).

Фреоны - бесцветные газы, не имеющие запаха, негорючи и взрывобезопасны. Они практически безвредны для здоровья человека, но при больших концентрациях (более 30% по объему) фреоны вызывают удушье, так как вытесняют кислород (фреон в 3,5 раза тяжелее воздуха). При соприкосновении с открытым пламенем фреоны могут оказать вредное воздействие, так как при этом происходит их разложение с образованием,в частности, в небольших количествах ядовитого газа фосгена.

Поэтому в помещениях с фреоновыми установками запрещено ра­ботать с открытым пламенем и курить.

В пожарном отношении фреоны (Ф-12, Ф-22, Ф-142) не опасны. На металлы, при отсутствии влаги, фреоны не действуют, воду растворяют плохо (особенно фреон-12). Например, при 20°С может быть растворено 0,003% воды от массы данного количества фреона. Поэтому во избежание возможного образования ледяных пробок в регулирующих вентилях недопустимо содержание влаги (по массе) более 0,006% во фреоне-12 и более 0,0025% во фреоне-22. Кроме того, наличие влаги во фреоне вызывает коррозию металлов. Перед заполнением фреоном холодильные машины тщательно просушивают.

Фреоны очень текучи (больше, чем воздух и аммиак), а поскольку они не имеют запаха, то утечку трудно заметить. По этой причине необходимо обеспечивать тщательное уплотнение соединений холодильной установки, то есть, полную герметизацию.

Поскольку фреоны растворяют различные неметаллические включения, во фреоновых установках используют специальную фреоностойкую резину.

Основные свойства холодильных агентов приведены в таблице.

Основные свойства холодильных агентов

Свойства холодильных агентов	Фреон-12	Фреон-22	Фреон-142
Температура кипения, °С	-30,1	-41,1	-9,21
Температура замерзания , °С	-155	-160	-130
Критическая температура, °С	111,5	96	137,1
Критическое давление, МПа	4	4,93	3,92
Молекулярная масса	120,92	86,48	100,48
Марка применяемого смазочного масла в компрессоре	ХФ-12	ХФ-12 ХФ-22	ХФ-12

В последние годы в качестве рабочих веществ холодильных машин применяют смеси из, двух компонентов, которые при данном давлении не разделяются при перегонке (азеотропные смеси), так как температура их кипения ниже температуры кипения компонентов.

При добавлении к фреону-22 10...15% (по массе) фреона-12 получают смесь, обладающую в основном свойствами фреона-12, но повышенной способностью растворять смазочное масло.

Перспективной для поршневых низкотемпературных машин является смесь, называемая фреон-502 (48,8% фреона-22 и 51,2% фреона-115). Она невзрывоопасна, безвредна для человека, имеет хорошие термодинамические свойства. Температура кипения этой смеси минус 45,6°С.

Изображение состояния фреонов на диаграмме T-S представлено на рисунке.

Графическое изображение состояния фреонов в диаграмме

Состояние фреонов в диаграмме T-S характеризуется следующим.

Линия АВ - пограничная кривая жидкости.

Линия АС - пограничная кривая пара.

В области диаграммы между кривыми АВ и АС хладон представляет собой влажный пар (смесь пара и жидкости).

На кривой АВ и в области диаграммы слева от кривой АВ ограни­ченной изотермой Т, проходящей через точку А, фреон находится в ЖИДКОМ СОСТОЯНИИ.

На кривой АС фреон находится в состоянии насыщенного пара.

В области диаграммы, лежащей справа от кривой АВ и выше изотермы Т фреон находится в виде перегретого пара.

Точка A называется критической точкой, в которой состояние фреона характеризуется так называемыми критическими параметрами: критическим давлением Ркр и критической температурой Ткр.

Внутри области диаграммы, ограниченной кривыми АВ и АС изотермы совпадают с изобарами.

При температуре выше критической (Т > Ткр) фреон нельзя превратить из парообразного состояния в жидкое ни при каком давлении.

Из диаграммы видно, что при подводе тепла к жидкому фреону, процесс его кипения происходит при постоянных давлении и температуре. Причем, каждому давлению кипения фреона строго соответствует своя температура кипения и наоборот.

Процесс кипения фреона при постоянных давлении и температуре на диаграмме T-S изображается соответственно линиями 1-1’, 2-2’, 3-3' и т.д.

Если при постоянном давлении с помощью какого-либо тела (теплообменника), имеющего температуру ниже критической, отводить тепло от парообразного фреона, то последний можно превратить в жидкое состояние. Процесс конденсации пара при постоянном давлении, так же как и процесс кипения жидкости, происходит при постоянной температуре. Иначе, каждому давлению конденсации паров фреона соответствует своя, строго определенная температура конденсации. Из диаграммы видно, что температура конденсации паров фреона не может быть выше, критической температуры Т.

В холодильных машинах современных аэродромных кондиционеров в качестве холодильных агентов применяются фреоны

- фреон-12 - в кондиционерах АК-0,4-9А, AK-1,6-9A, КЛС-4;

- фреон-142 - в кондиционерах АМК-24/56-131 и AMK-3K-131.

Хранение и транспортировку хладагентов осуществляют в сжиженном виде в стальных баллонах с запорными вентилями и предохранительными колпаками.

Баллоны для фреона имеют различную емкость, в том числе на 25, 30, 35, 40, 46, 50 и 55 л. Они окрашиваются в серебристый цвет и имеют надпись черного цвета с указанием марки заправленного фреона, например, “Фреон-12", “Фреон-22".

Вентили фреоновых баллонов должны быть закрыты защитными колпаками, под которые на заводе-изготовителе укладывают технический паспорт с указанием марки, веса, номера партии фреона и его основных технически характеристик. Все баллоны должны иметь стандартные клейма. Знаки клеймения по высоте должны быть не менее 8 мм. Место на баллоне, где выбиты паспортные данные, покрывается бесцветным лаком и обводится краской в виде рамки.

На баллоне выбиваете фактическая масса его с точностью до 0,2 кг. Масса баллона указывается с учетом нанесенной краски без вентиля и колпака, но с кольцом для колпака и с башмаком. На баллоне, в соответствии с требованиями Госгортехназора, указывается также дата освидетельствования. Например, клеймо 5-89-94 означает, что баллон был подвергнут освидетельствованию в мае 1989 г. и подлежит последующему освидетельствованию в 1994 г.

Хранить баллоны с хладагентами следует 5 изолированном помещении, на достаточном удалении от отопительных приборов. Температура в помещении не должна превышать 35°С. По мере опорожнения Фреоновые баллоны возвращаются заводу-поставщику.

Для смазки хладоновых компрессоров применяют фреоновые холо­дильные масла ХФ-12 и ХФ-22. Это минеральные масла, имеющие низкую температуру застывания, вследствие чего не происходит их замерзание в испарителе кондиционера.

Основные свойства масел для холодильных установок приведены в таблице.

Свойства масел для холодильных машин

Показатель	Масло ХФ-12	Масло ХФ-22
Вязкость кинекатическая, сСт, при 50°С	18	24,5-20,4
Температура вспышки, °С	160	125
Температура застывания, °С	-40	-58
Механические примеси и вода	Отсутствуют

Масла поставляются и хранятся в специальных бидонах с навинчивающейся крышкой, чтобы в них не попадали грязь и влага.