Системы охлаждения холодильных камер
Для отвода тепла из охлаждаемых камер холодильника используют три различные системы: непосредственное рассольное и воздушное охлаждение. Нередко используют и комбинированное, т. е. смешанное охлаждение, при котором охлаждение камеры осуществляется одновременно двумя или тремя перечисленными методами.
Непосредственное охлаждение. В этой системе охлаждения жидкий хладагент из конденсатора, пройдя регулирующий вентиль, поступает непосредственно в испарительные батареи, расположенные в охлаждаемых помещениях. За счет тепла окружающего воздуха хладагент кипит и тем самым охлаждает его. Пары хладагента из батарей отсасываются компрессором.
В зависимости от того, каким образом подается жидкий хладагент в испарительные батареи, системы непосредственного охлаждения подразделяются на безнасосные и насосные.
В безнасосных системах жидкость поступает в батареи под действием разности давлений конденсации и кипения холодильного агента. В насосных она подается специальными насосами. Почти все аммиачные холодильные установки непосредственного охлаждения, применяемые на предприятиях торговли и общественного питания, являются безнасосными. Насосные системы используют на крупных холодильниках.
Различают насосные системы с нижней подачей хладагента и с верхней. При нижней подаче требуется больше хладагента для заполнения системы и хуже отводится масло из испарителей, чем при верхней подаче. Поэтому большее применение находят насосные системы с верхней подачей хладагента.
Чтобы производить оттаивание снеговой шубы в системах непосредственного охлаждения, предусматривают дренажный ресивер и трубопровод для подачи в оттаиваемые приборы горячих паров хладагента.
Батареи непосредственного охлаждения (или испарители) для аммиачных установок изготавливают из стальных труб диаметром 57×3,5 или 38×2,5 мм. Чаще рекомендуют трубы диаметром 38×2,5 мм. Хладоновые батареи делают из медных труб диаметром 18×1 мм.
Стальные трубы в стыках сваривают, а медные — сшивают Для увеличения теплопередающей поверхности батарей почти все они изготавливаются с оребрением. Аммиачные батареи иногда делают без оребрения, из гладких труб. Располагают батареи в камерах у стен или под потолком. Поэтому различают настенные и потолочные батареи.
Аммиачные настенные батареи рекомендуется делать однорядными, а потолочные — двухрядными. Хладоновые испарительные батареи, как настенные, так и потолочные, делают обычно двухрядными.
К преимуществам непосредственного охлаждения относятся:
•простота конструкции холодильной установки,
• интенсивное охлаждение камер, которое начинается сразу после пуска компрессора;
• возможность получения более высоких температур кипения по сравнению с другими способами охлаждения.
Поэтому в эксплуатации система непосредственного охлаждения более выгодна, особенно для камер с низкими температурами, для хранения замороженных продуктов.
К недостаткам системы непосредственного охлаждения относятся: опасность проникновения в охлаждаемые помещения холодильного агента, запах которого может передаваться продуктам, повышенная опасность в пожарном отношении при работе с горючими хладагентами, трудность регулирования работы компрессора, особенно при наличии нескольких камер с различными температурами охлаждения.
Рассольное охлаждение. При рассольном охлаждении понижение температуры воздуха в камерах достигается благодаря теплообмену между воздухом и холодным рассолом, циркулирующим в батареях, расположенных у стен или под потолком. Рассол, в свою очередь, охлаждается в специальном резервуаре, в котором установлен испаритель непосредственного охлаждения. Циркуляция рассола в батареях осуществляется насосами. Рассол в этой системе охлаждения играет роль промежуточного теплоносителя, т. е. служит передатчиком тепла от воздуха камер к хладагенту в испарителе.
Преимущества рассольного охлаждения заключаются в том, что:
• исключается возможность проникновения хладагента в камеры из испарителей, так как все его трубопроводы и он сам находятся в машинном отделении,
• путем дозировки потока холодного рассола, направляемого в камеру, достигается простота регулирования температуры воздуха в отдельных камерах.
Однако по сравнению с системами непосредственного охлаждения требуется дополнительное оборудование — резервуар для рассола, насос, трубопроводы большого диаметра, а чтобы разместить все оборудование, требуется большая площадь для машинного отделения.
Используется компрессор большей холодопроизводительности, так как при наличии теплоносителя (рассола) хладагент должен кипеть при более низкой температуре. При этом снижается как холодопроизводительность, так и экономичность работы системы. Больше расходуется энергии на передачу холода
Воздушное охлаждение. При воздушном охлаждении в камеры поступает воздух, охлаждаемый в специальных аппаратах — воздухоохладителях. Охлаждая камеры, воздух отепляется и увлажняется. Проходя через воздухоохладитель, он вновь охлаждается и частично осушается.
Воздухоохладители бывают сухие и мокрые. В сухом воздухоохладителе воздух охлаждается вследствие соприкосновения с сухой поверхностью батарей (с кипящим хладагентом или холодным рассолом).
В мокрых воздухоохладителях воздух охлаждается путем непосредственного контакта с разбрызгиваемым холодным рассолом или холодной водой.
В настоящее время применяют в основном сухие воздухоохладители, главным образом непосредственного охлаждения.
Воздушное охлаждение является весьма перспективным как для термической обработки продуктов (охлаждения и замораживания), так и для их хранения. Его основные достоинства:
• побудительная циркуляция воздуха, благодаря которой интенсифицируется теплообмен между ним и продуктами;
• возможность предварительного охлаждения и осушения наружного воздуха, подаваемого в камеры для вентиляции;
• большая возможность, чем при батарейном охлаждении, регулирования температуры и влажности воздуха в камерах;
• равномерность распределения температуры воздуха по всему объему камеры.
К недостаткам воздушного охлаждения относятся: большая усушка продуктов, увеличенный расход электроэнергии за счет применения вентиляторов.
Источник
Применение воздухоохладителей при воздушном охлаждении
В рассольных воздухоохладителях тепло от охлаждаемого воздуха к рассолу передается или при непосредственном соприкосновении воздуха с поверхностью холодного рассола или через разделяющую их стенку.
Охлаждение воздуха при прямом контакте его с рассолом называют мокрым воздушным охлаждением, если же воздух отделен от рассола стенкой, через которую происходит передача тепла, то охлаждение называют сухим воздушным.
Воздухоохладители непосредственного охлаждения, естественно, могут быть только сухие. В помещение холодный воздух подают по воздуховодам или нагнетают непосредственно через насадку, установленную на нагнетательном патрубке вентилятора. Для лучшей и более равномерной циркуляции воздуха на нагнетательный патрубок насаживают одно или несколько сопел, создающих струйное воздухораспределение. К недостаткам воздушного охлаждения следует отнести:
- расход электроэнергии на работу вентиляторов;
- увеличение потребной холодопроизводительности, вызванное наличием теплопритоков от работы вентилятора;
- дополнительные первоначальные затраты на воздухоохладители, вентиляторы, воздуховоды;
- большая усушка груза при долгосрочном хранении в камерах с воздушным охлаждением.
Последнее обстоятельство теряет свое значение в связи с увеличением количества грузов, хранящихся в упакованном виде, в таре. Упаковка грузов значительно снижает усушку.
Несмотря на имеющиеся недостатки, воздушное охлаждение находит большое применение.
Источник
Способ воздушного охлаждения
Владельцы патента RU 2287125:
Изобретение относится к способам воздушного охлаждения продуктов, изменяющих полностью или частично свое агрегатное состояние при снижении температуры, в том числе сырого газа, и может найти применение в газовой, нефтяной и нефтехимической отраслях промышленности. Способ воздушного охлаждения газа включает подачу газа в трубы многорядного одноходового трубного пучка и подачу воздуха в межтрубное пространство. Воздух подают в противоположных направлениях на первой и второй по ходу газа половинах трубного пучка. Осуществляют синхронное регулирование расхода потоков воздуха, поступающих в каждую половину трубного пучка, с выравниванием температуры газа по рядам на выходе из трубного пучка. Задачей изобретения является снижение энергозатрат безгидратного охлаждения газа при низких температурах наружного воздуха в аппаратах воздушного охлаждения с одноходовым трубным пучком. 2 ил.
Изобретение относится к способам воздушного охлаждения продуктов, изменяющих полностью или частично свое агрегатное состояние при снижении температуры, в том числе «сырого» газа, и может найти применение в газовой, нефтяной и нефтехимической отраслях промышленности.
Известен способ воздушного охлаждения продуктов в аппаратах, осуществляемый подачей охлаждаемых продуктов в трубы трубного пучка, а воздуха в межтрубное пространство (В.И.Володин, А.А.Михалевич, Расчет воздушного охладителя при замерзании теплоносителя в трубах. Теплоэнергетика, 1995, №5, с.52-56), в котором при снижении температуры окружающего воздуха изменяют его расход через трубный пучок, поддерживая температуру продукта на выходе такую, чтобы исключить образование отложений в трубах или его замораживание.
Известный способ позволяет устранять образование отложений только при многоходовом пучке. При одноходовом многорядном пучке, когда продукт движется только в одну сторону, при определенной температуре продукта на выходе из трубного пучка возможно замораживание (загидрачивание) его в первых по ходу движения воздуха рядах труб.
Недостатком данного способа охлаждения является большая разница температур теплообменных труб по рядам секций.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ воздушного охлаждения газа, включающий подачу газа в трубы многорядного одноходового трубного пучка и подачу воздуха в межтрубное пространство (SU 1044942, МКИ F 28 D 7/00, 23.03.82).
Недостатком данного способа являются повышенные энергетические затраты на прокачку теплоносителей при выравнивании температурного поля теплообменной секции.
Задачей изобретения является снижение энергозатрат безгидратного охлаждения газа при низких температурах наружного воздуха в аппаратах воздушного охлаждения с одноходовым трубным пучком.
Поставленная задача решается тем, что в способе воздушного охлаждения газа, включающем подачу газа в трубы многорядного одноходового трубного пучка и подачу воздуха в межтрубное пространство, согласно изобретению воздух подают в противоположных направлениях на первой и второй по ходу газа половинах трубного пучка, при этом осуществляют синхронное регулирование расхода потоков воздуха, поступающих в каждую половину трубного пучка, с выравниванием температуры газа по рядам на выходе из трубного пучка.
На фиг.1 представлены схема аппарата воздушного охлаждения для реализации предлагаемого способа и схема движения воздушных потоков.
На фиг.2 представлены трубный пучок с потоками газа и воздуха при одностороннем и противоположно направленном движении воздуха и графики изменения температур продукта и стенки труб по длине трубного пучка.
Аппарат воздушного охлаждения сырого газа для реализации предлагаемого способа состоит из трубного пучка 1, собранного из нескольких рядов труб 2, распределительных камер для входа горячего газа 3 и выхода охлажденного газа 4, вентилятора 5, установленного над первой половиной по ходу газа трубного пучка 1 и вентилятора 6, установленного над второй по ходу газа половиной трубного пучка 1.
Описываемый способ реализуют следующим образом.
Горячий сырой газ через распределительную камеру 3 поступает в трубы 2 трубного пучка 1, расположенного под вентилятором 5, где охлаждается в первой половине трубного пучка 1 при контакте с потоками холодного воздуха 7, подаваемого вентилятором 5 снизу вверх, и далее поступает во вторую половину трубного пучка 1, расположенную под вентилятором 6, вступая в теплообмен с потоком воздуха 8, который нагнетается вентилятором 6 сверху вниз, и выводится из аппарата через распределительную камеру 4.
На входе в трубы 2 первой по ходу газа половины трубного пучка 1 газ имеет одинаковую температуру. При перекрестном движении газа по трубам первой половины теплообменной секции 1 и холодного воздуха снизу вверх по межтрубному пространству происходит неравномерное охлаждение газа по рядам труб. На входе во вторую половину трубного пучка 1 температура охлажденного газа распределяется по рядам труб 2 от минимальной в нижних рядах до максимальной в верхних. Во второй половине теплообменной секции 1, где подача воздуха осуществляется сверху вниз, холодный воздух 7 контактирует с трубами 2 верхнего ряда, имеющими максимальную температуру стенки и газа. В результате этого исключается резкое снижение температуры стенки труб и соответственной образование отложений на ее поверхности, а в нижних рядах, где газ имеет минимальную температуру, теплообмен осуществляется с подогретым воздухом, прошедшим через трубный пучок 1, что также предотвращает образование отложений на поверхности труб 2.
Рассмотрим предложенный способ охлаждения газа более подробно (фиг.2). В варианте односторонней подачи воздуха в межтрубное пространство трубного пучка 1 температура газа в трубах 2 первого и последнего по ходу воздуха рядах изменяется по длине и рядам теплообменной секции. Расхождение по температурам газа в первом 7 и последнем 8 рядах по ходу газа увеличивается по длине, достигая максимальной границы на выходе. Расхождение по температурам стенки трубы 2 в нижнем 9 и верхнем 10 рядах также изменяется по длине и достигает максимума на выходе газа из труб 2 трубного пучка 1.
В варианте подачи охлаждающего воздуха в противоположных по отношению друг к другу направлениях, как показали расчеты, при соответствующем подборе соотношения скоростей воздуха в первой и второй половинах трубного пучка 1 удается существенно уменьшить разность выходных температур газа верхнего 11 и нижнего 12 рядов, значение которых приближается к среднему. Соответственно, происходит выравнивание выходных температур стенки труб для нижнего 13 и верхнего 14 рядов труб. Тем самым осуществляется охлаждение продукта только наружным воздухом без рециркуляции. Средняя температура газа и стенки труб поддерживается при этом на уровне выше температуры замерзания (гидратообразования) продукта пропорционально изменению скоростей воздуха в первой и второй половине трубного пучка. Регулирование общего расхода воздуха осуществляется изменением числа оборотов двигателей вентиляторов путем изменения частоты тока (инверторами).
В предложенном способе исключается смешивание потоков нагретого и холодного воздуха, что позволяет вести охлаждение с меньшими затратами энергии на прокачку и смешение теплого воздуха с холодным. По сравнению с известным способом охлаждения наружным воздухом и регулирования его расхода при одной и той же температуре продукта на выходе из трубного пучка температура стенки наиболее охлаждаемых труб получается более высокой (из-за выравнивания температуры по рядам при противоположной по отношению друг к другу подаче воздуха). Это дает возможность осуществления охлаждения продукта до более низкой допустимой температуры.
Расчетная оценка подтверждает снижение на 15÷50% потребление электроэнергии на привод вентиляторов при отрицательных температурах наружного воздуха за счет синхронного регулирования расходов воздуха в первой и второй половине трубного пучка и исключения рециркуляции горячего воздуха.
Пример. Предлагаемый способ прошел экспериментальную проверку на аппарате воздушного охлаждения газа типа «Крезо-Луар». Трубный пучок этого аппарата имеет шесть рядов труб. Охлаждение «сырого» газа с температурой гидратообразования до +2°С осуществлялось двумя вентиляторами.
Специальные измерения показали, что при температуре окружающего воздуха ниже минус 23°С при подаче воздуха двумя вентиляторами «снизу-вверх» в одном направлении температура первых по ходу воздуха труб опускалась до минус 18÷21°С, что однозначно свидетельствовало об отложении внутри труб гидратов. При подаче воздуха в противоположных направлениях по отношению друг к другу, когда первый по ходу газа вентилятор подавал воздух, температура которого была равна 23°С, «снизу-вверх», а второй вентилятор — в обратную сторону («сверху-вниз»), температура наружной поверхности стенки труб наиболее охлаждаемых рядов была равна +4°С, т.е. выше температуры гидратообразования.
Вентиляторы настраивались на расходы воздуха, чтобы температура стенки труб на выходных участках нижнего и верхнего рядов труб была примерно одинакова. При поддерживаемой температуре газа на выходе +18°С температура наружной поверхности стенки труб как нижнего, так и верхнего рядов труб была выше температуры гидратообразования даже при весьма низких температурах окружающего воздуха (до минус 30°С).
Эксперименты проводились при таком направлении ветра, когда осуществлялся снос потоков нагретого воздуха в сторону от входных потоков холодного воздуха, т.е. исключалась рециркуляция нагретого воздуха. В реальных условиях эксплуатации АВО это не всегда возможно, поэтому для реализации предложенного способа необходимо устраивать стенки, разделяющие потоки входящего и выходящего воздуха между двумя вентиляторами как снизу, так и сверху аппаратов.
Способ воздушного охлаждения газа, включающий подачу газа в трубы многорядного одноходового трубного пучка и подачу воздуха в межтрубное пространство, отличающийся тем, что воздух подают в противоположных направлениях на первой и второй по ходу газа половинах трубного пучка, при этом осуществляют синхронное регулирование расхода потоков воздуха, поступающих в каждую половину трубного пучка, с выравниванием температуры газа по рядам на выходе из трубного пучка.
Источник
