Меню

Охлаждение с помощью сжатого воздуха



Проектирование, подбор, поставка, монтаж холодильного и кондиционирующего оборудования

Вихревой эффект охлаждения

Вихревое охлаждение впервые было предложено французским инженером Ранком в 1933 г. Теоретический анализ, опытное исследование и разработка вихревых охлаждающих уст­ройств проводились и успешно ведутся во многих исследовательских лабораториях.

Устройство, принцип действия и показатели эффективности ра­боты вихревой трубы представлены на рис. 1.

Рис. 1. Охлаждение вихревой трубой: а – устройство трубы: 1 – дроссельный клапан; 2 – горячий конец трубы; 3 – сопло; 4 – диафрагма; 5 – холодный конец трубы; б – зависимость степени охлаждения Δtх = ttх и нагревания Δtг = tгt от массовой доли холодного воздуха μ = Gх /G.

Предварительно сжатый и охлажденный водой воздух в ко­личестве G кг при давлении p и температуре t подается в сопло 3 (рис. 1, а), где он расширяется, охлаждается и приобретает большую скорость и кинетическую энергию. Поскольку воздух поступает в трубу тангенциально, то он в поперечном сечении трубы образует свободный вихрь, угловая скорость которого велика у оси и мала у периферии трубы. Избыток кинетической энер­гии внутренних слоев передается (трением) внешним, повышая их температуру. Этот процесс происходит настолько быстро, что вну­трение слои, отдав энергию периферийным и еще больше охла­дившись, не успевают получать от них эквивалентного возврата теплоты, т. е. в поле вихревого разделения воздуха не наступает термического равновесия.

Находясь вблизи центрального отверстия диафрагмы 4, холод­ный воздух выходит через него к правому свободному концу трубы 5, называемому холодным. Нагретые периферийные слои движутся влево к дроссельному клапану 1 и через него выходят из горячего конца трубы 2. Количества получаемого горячего Gг и холодного Gх воздуха, а следовательно, и температуры того и другого tг и tх регулируются степенью открытия клапана.

Охлаждение холодного потока Δtх = ttх в вихревой трубе (рис. 1, б) меньше, чем в адиабатическом обратимом процессе расширения, и больше, чем при дросселировании. Как видно на графике, наибольшему охлаждению Δtх = 45 °C соответствует p ≈ 0,5 МПа, μ = Gх /G = 0,3, что при t = 10 °C дает tх = –35 °C. Это примерно половина разности температур в изоэнтропическом процессе расширения. Наибольшая удельная холодопроизводительность q = μ·cp·Δtх кДж/кг достигается при μ ≈ 0,6…0,7, однако она сама по себе невысока и составляет 12,5…21 кДж/кг.

Термодинамические процессы вихревой трубы малоэффективны. На охлаждение вихревой трубой расходуется энергии примерно в 8…10 раз больше, чем воздушной машиной. Однако такой спо­соб одновременного получения холода и тепла исключительно прост (если имеется система сжатого воздуха или, например, природ­ного газа достаточного давления), поэтому он применим в тех случаях, когда необходимо получать холод и тепло периодически и в небольших количествах, а также когда простота конструкции, малые масса и габарит играют решающую роль.

Эффективность работы вихревой трубы может быть повышена за счет охлаждения водой горячего конца трубы и увеличения доли холодного воздуха μ, причем энергию окружающей среде можно полностью передавать не с горячим потоком, а в виде теп­лоты с охлаждающей водой: проточной или барботируемой горя­чим воздухом. В первом случае расход воды составляет прибли­зительно 1,5 кг на 1 кг сжатого воздуха, подаваемого в вихревую трубу, а во втором он сокращается в 100 и более раз, так как для охлаждения используется скрытая теплота парообразования воды, увлажняющей горячий воздух.

Вихревой эффект охлаждения : Один комментарий

Такие конструкции применяют редко и вряд ли у них есть будущее. Слишком уж большие энергетические потери возникают при их использовании. Хотя простота и надёжность конструкции немаловажное преимущество данных систем охлаждения.

Источник

Системы охлаждения воздуха в шкафах

Скачать брошюру Cabinet Cooler Systems

Система охлаждения шкафов управления вихревыми трубками — это экономичное и надежное решения по охлаждению электронных компонентов систем управления, связи, наблюдения, вычислительных и компьютерных систем. Вихревые трубки в составе систем охлаждения EXAIR обеспечивают холодный воздух, генерируемый ими из сжатого воздуха.

Читайте также:  Увеличение оборотов двигателя при включении кондиционера митсубиси asx

Компактные системы Cabinet Cooler® могут быть установлены за минуты с использованием стандартных отверстий шкафов для кабелей. Системы охлаждения серий NEMA 12, 4 и 4X (IP54 и IP66), которые соответствуют стандартам NEMA (Национальная ассоциация производителей электрооборудования США), выпускаются в разных комплектациях и разной мощности для различных случаев применения.

В своей работе системы охлаждения используют холодный воздух, получаемый из сжатого воздуха с помощью вихревых трубок. Вихревая трубка – это устройство, работающее на основе эффекта Ранка-Хилша, при котором поток газа или жидкости разделяется в цилиндрической или конической камере при закручивании на 2 фракции. На периферии образуется закрученный поток с большей температурой, а в центре — закрученный охлажденный поток. Охлажденный поток воздуха поступает в шкаф с электронным оборудованием. Внутри шкафа объемы теплого воздуха, нагретого электронными компонентами, замещаются более холодным воздухом системы охлаждения, поднимаются вверх и выводятся наружу через вентиляционное отверстие системы охлаждения. Наружный воздух не может попасть внутрь шкафа, за счет более высокого давления воздуха внутри. Таким образом, шкаф управления постоянно вентилируется чистым холодным воздухом от источника сжатого воздуха.

Большинство стандартных систем охлаждения имеет ряд недостатков, часто делающих их использование в условиях производства невозможным. Использование теплообменников и похожих систем возможно только при имеющейся разнице в температурах снаружи и внутри шкафа управления. Панели охлаждения и стандартные кондиционеры часто выходят из строя из-за пыли и грязи в условиях производства. Многие устройства систем охлаждения, работающих по тому же принципу, что и системы охлаждения EXAIR, часто используют в работе термопару, разработанную для жидкости. Такие термопары не могут обеспечить должный контроль температуры, включение и выключение могут происходить с задержкой, приводя к перегреванию электронных компонентов или к перерасходу сжатого воздуха.

Системы охлаждения EXAIR разработаны для применения в условиях производства. В своей работе они используют сжатый воздух от источника сжатого воздуха. Входящий в состав фильтр удаляет все примеси и влагу из используемого для охлаждения воздуха. Эти системы не содержат движущиеся части, поэтому не требуют технического обслуживания. Они очень легко и быстро устанавливаются и просты в использовании.

Применение системы охлаждения шкафов сжатым воздухом

  • охлаждение программируемых контроллеров,
  • систем управления электродвигателями,
  • блоков систем связи,
  • панелей с реле,
  • систем управления с ЭВМ,
  • модулярных блоков управления,
  • систем видеонаблюдения,
  • компьютерных блоков,
  • корпусов лазерных систем,
  • электронных весов,
  • оборудования предприятий общественного питания

Все системы охлаждения шкафов управления поставляются либо с регулятором температуры, либо без регулятора для работы в непрерывном режиме. Любая система охлаждения поставляется вместе с фильтром-разделителем, предотвращающим попадание водяного конденсата или загрязнений внутрь ящика, а также вместе с системой распределения холодного воздуха, которая обеспечивает циркуляцию воздуха в шкафу или охлаждение наиболее нагретых зон или компонентов.

Компания EXAIR также производит специальные системы охлаждения для использования в условиях более высоких температур, в коррозионных условиях, в условиях опасного производства и т.д.

Модельный ряд систем охлаждения шкафов от EXAIR

Система охлаждения шкафов сжатым воздухом NEMA 12 (IP54) идеальны для стандартных производственных условий при отсутствии в воздухе влаги или другой жидкости и коррозионных материалов. Стандарты NEMA 12 (стандарты Национальной ассоциации производителей электрооборудования США) разработаны для обеспечения защиты электронных компонентов от влияния окружающей среды.

Система охлаждения шкафов вихревой трубкой NEMA 4 (IP66) (защита компонентов от пыли, масла, искры и разрядов, от влияния наружного окружающего воздуха при работе внутри и вне помещений). Системы охлаждения, соответствующие стандартам NEMA 4 (IP66), имеют в составе предохранительные клапаны для вихревых трубок и вентиляционных отверстий системы охлаждения. Эти клапаны обеспечивают герметичность шкафа при низком давлении воздуха внутри него. Т.е. при выключении системы охлаждения предохранительные клапаны закрывают отверстия, через которые внутрь шкафа может попасть окружающий воздух и вещества, содержащиеся в нем.

Система охлаждения шкафов автоматики холодным воздухом NEMA 4X (IP66) обеспечивают ту же степень защиты, что и системы NEMA 4, но выполнены из нержавеющей стали для применения в условиях пищевых производств и в коррозионных условиях.

Читайте также:  Как установить кондиционер в коридоре квартиры

Все системы охлаждения шкафов управления поставляются либо с регулятором температуры, либо без регулятора — для работы в непрерывном режиме. Системы охлаждения с температурным регулятором – это наиболее эффективный способ использования системы охлаждения шкафов управления. В этих системах охлаждение работает только тогда, когда температура превышает определенный критический уровень. Системы с температурным регулятором отлично подойдут для использования в условиях с изменяющейся температурой окружающей среды, например, при сезонных изменениях температуры. Стандартная система охлаждения с температурным регулятором включает в себя настраиваемый регулятор с установленной по умолчанию температурой включения 35°C.

Система охлаждения электрического шкафа холодным воздухом с электронным контролем температуры обеспечивает определенную температуру, необходимую для нормального функционирования электронных компонентов. Эти системы способны поддерживать постоянную определенную температуру несколько ниже рабочей температуры для электронных компонентов, и при этом не охлаждать воздух слишком сильно, используя сжатый воздух понапрасну. Электронный контроль активирует соленоидный клапан, когда температура превышает установленную, и обеспечивает охлаждение до нужной температуры, после чего отключает подачу воздуха в шкаф управления.

Источник

Точечные охладители

Регулируемый точечный охладитель ( Adjustable Spot Cooler)

Регулируемый точечный охладитель инструмента – экономичное и эффективное решение для различных задач по локальному охлаждению в условиях производства, например — охлаждение инструмента сжатым воздухом через вихревую трубку. Это устройство позволяет легко и быстро изменять температуру выходящего потока воздуха с помощью регулятора. Точечный охладитель может производить воздушный поток с температурами от -34°С до комнатной температуры.

Регулируемый точечный охладитель разработан на основе вихревой трубки. Используя сжатый воздух в качестве источника энергии, вихревые трубки генерируют два потока воздуха, горячий и холодный.

В своей работе вихревые трубки используют вихревой эффект (эффект Ранка-Хилша) — эффект разделения газа или жидкости при закручивании в цилиндрической или конической камере на две фракции. На периферии образуется закрученный поток с большей температурой, а в центре — закрученный охлажденный поток, причем вращение в центре происходит в обратную сторону, чем на периферии.

В работе вихревая трубка использует сжатый воздух давлением 5,5 – 6,9 Бар. Попадая в цилиндрическую камеру поток сжатого воздуха, раскручивается вдоль стенок камеры вплоть до 1 000 000 оборотов в минуту. При этом воздушный поток разделяется на 2 фракции. Фракция теплого воздуха покидает камеру вихревой трубки с одной стороны, фракция холодного – с другой.

Особенности охладителя инструмента на сжатом воздухе Применение
  • Температуры выходящего воздуха -30° до +21°С
  • Расход воздуха в соответствии с комплектацией – 425, 708, или 850 л/мин
  • Охлаждающая мощность до 2000 BTU /час (504 ккал/час)
  • калибровка термостатов,
  • охлаждение после спайки,
  • охлаждение пластиковых частей,
  • охлаждение нагретых и расплавленных частей пластиковых деталей,
  • охлаждение сварочных швов,
  • охлаждение электронных компонентов,
  • охлаждение образцов газа,
  • охлаждение в климатических камерах.

Температура воздушного потока легко устанавливается в нужном значении с помощью термометра.

Источник

Вихревые трубки

Вихревая трубка (Vortex Tubes) – дешевое и эффективное решение для различных задач по локальному охлаждению в условиях производства. Используя сжатый воздух в качестве источника энергии, вихревые трубки генерируют два потока воздуха, горячий и холодный.

В своей работе вихревая трубка сжатого воздуха использует вихревой эффект (эффект Ранка-Хилша) — эффект разделения газа или жидкости при закручивании в цилиндрической или конической камере на две фракции. На периферии образуется закрученный поток с большей температурой, а в центре — закрученный охлажденный поток, причем вращение в центре происходит в обратную сторону, чем на периферии.В работе вихревая трубка использует сжатый воздух давлением 5,5 – 6,9 Бар. Попадая в цилиндрическую камеру поток сжатого воздуха раскручивается вдоль стенок камеры вплоть до 1 000 000 оборотов в минуту. При этом воздушный поток разделяется на 2 фракции. Фракция теплого воздуха покидает камеру вихревой трубки с одной стороны, фракция холодного – с другой.

Особенности вихревой трубки Применение вихревой трубки
  • Температуры от -46° до 127°С
  • Расход воздуха от 28 до 4 248 литров в минуту
  • Охлаждающая мощность до 10 200 BTU /час (2 571 ккал/час)
  • охлаждение электронных компонентов,
  • охлаждение шкафов управления,
  • охлаждение при производственных операциях,
  • охлаждение систем видеонаблюдения,
  • закрепление термоклея,
  • охлаждение после пайки,
  • охлаждение сварных швов,
  • охлаждение проб газов,
  • охлаждение в климатических камерах.

Температура, расход воздуха и охлаждающая мощность могут быть отрегулированы в широком диапазоне с помощью регулирующего клапана. Вихревые трубки EXAIR изготавливаются из нержавеющей стали. Коррозионная стойкость нержавеющей стали и стойкость к окислению обеспечивают годы надежной работы. Вихревые трубки не содержат движущиеся части, поэтому не требуют технического обслуживания.

Модельный ряд вихревых трубок EXAIR

Специальная модель вихревой трубки для использования в условиях высоких температур сохраняет линзы бароскопа холодными при помещении в нагреватель с температурой 650 °С

EXAIR выпускает две серии вихревых трубок: серия 3200 и серия 3400.

Серия 3200 отлично подходит для стандартных операций по охлаждению частей, воздуха, камер, в случаях, когда требуется наибольшая мощность охлаждения ( BTU /час или ккал/час).

Вихревые трубки серии 3400 используются в случаях, когда необходимы наименьшие температуры, например при охлаждении образцов в лаборатории.

Также компания EXAIR выпускает специальные вихревые трубки для использования в особых условиях, или имеющих особые характеристики. Так, вихревые трубки для использования в условиях высоких температур (High Temperature Vortex Tube ) разработаны для использования при высоких температурах окружающего воздуха (до 52°C).

Вихревая трубка выпускается трех разных размеров. Вихревые трубки каждого размера могут обеспечивать определенные характеристики выходящего потока. Характеристики выходящего потока при этом зависят от составной внутренней части трубки, называемой “генератор”.

Генератор вихревой трубки можно менять, изменяя технические характеристики устройства и характеристики воздушного потока. Генератор можно заказать отдельно от вихревой трубки. Если известна охлаждающая мощность ( BTU /час или ккал/час) или известны мощность воздушного потока и его температура, то просто подберите необходимую модель вихревой трубки с помощью таблицы с техническими характеристиками (см. ниже).

Характеристики вихревых трубок серий 3200 и 3400

Серия 3200 Серия 3400
Модель Расход,
л/мин
BTU/час Ккал/час Размер Уровень
шума, дБ
Модель Расход,
л/мин
BTU/час Ккал/час Размер Уровень
шума, дБ
3202 57 135 34 Маленький 68 3402 57 Маленький 67
3204 113 275 69 Маленький 70 3404 113 Маленький 69
3208 227 550 139 Маленький 76 3408 227 Маленький 75
3210 283 650 164 Средний 80 3410 283 Средний 78
3215 425 1 000 252 Средний 81 3415 425 Средний 80
3225 708 1 700 428 Средний 82 3425 708 Средний 82
3230 850 2 000 504 Средний 84 3430 850 Средний 84
3240 1 113 2 800 706 Средний 88 3440 1 113 Средний 87
3250 1 416 3 400 857 Большой 94 3450 1 416 Большой 93
3275 2 124 5 100 1 285 Большой 96 3475 2 124 Большой 96
3298 2 832 6 800 1 714 Большой 96 3498 2 832 Большой 96
3299 4 248 10 200 2 570 Большой 97 3499 4 248 Большой 96

Изменение температуры выходящего потока вихревой трубки в зависимости от давления и соотношения горячей и холодной фракций

В ячейках с зелёной заливкой указаны значения, на которые понижается температура холодного потока по сравнению с температурой сжатого воздуха. В ячейках без заливки указаны значения, на которые увеличивается температура горячего потока по сравнению с температурой сжатого воздуха.

Вихревые трубки нашли очень широкое применение в промышленных, научных и бытовых целях. Вихревые трубки используются в составе других продуктов EXAIR: регулируемые точечные охладители, мини охладители, охладительные пистолеты и системы охлаждения для шкафов управления.

Источник

Вентилиция и кондиционирование © 2021
Внимание! Информация, опубликованная на сайте, носит исключительно ознакомительный характер и не является рекомендацией к применению.