Какие бывают способы охлаждения

Охлаждение. Виды и способы охлаждения

В пищевой промышленности холод применяют при хранении сырья, полуфабрикатов и готовой продукции, а также при проведении ряда технологических процессов. С использованием процессов искусственного охлаждения происходят процессы кристаллизации, разделения газов, сублимационной сушки, некоторые реакторные процессы.

Охлаждение – процесс понижения температуры материала путем отвода от него теплоты. Охлаждение всегда связано с переносом тепла от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой. Способы получения искусственного холода классифицируются по требуемой температуре охлаждения. Условно различают умеренное охлаждение (диапазон температур +20 … –100 °С) и глубокое охлаждение (температура ниже -100 °С).

Способы охлаждения пищевых продуктов (мяса, рыбы, птицы, яиц, отдельных видов плодов и овощей) могут быть подразделены на три группы по физическому принципу отвода тепла: теплопроводностью, конвекцией, радиацией; фазовым превращением; конвекцией и фазовым превращением воды.

Способы охлаждения, в основе которых лежит конвективный и радиационный обмен, характеризуются отсутствием или незначительной потерей влаги продуктом во время охлаждения. К этим способам можно отнести охлаждение в воздухе продуктов, упакованных в непроницаемые искусственные или естественные оболочки, а также охлаждение в жидкой среде. Охлаждению в жидкой среде подвергаются рыба, птица и некоторые овощи.

Зачастую этим способом пользуются для частичного понижения температуры. Вследствие интенсификации теплообмена сокращается продолжительность процесса, отсутствуют потери массы продукта. Однако контактное охлаждение неупакованных продуктов в жидкой среде имеет следующие недостатки: частичное экстрагирование составных частей продукта, поглощение поверхностными слоями некоторого количества охлаждающей среды.

Охлаждение во влагонепроницаемой упаковке исключает непосредственный контакт продукта с окружающей средой и тем самым предотвращает отмеченные недостатки. При этом требуются дополнительные затраты на упаковку продукта.

Способы охлаждения, при которых отвод тепла осуществляется только вследствие фазовых превращений, в промышленности применяют для охлаждения овощей, плодов и рыбы. Они заключаются в том, что при вакуумировании происходит испарение части влаги, содержащейся в продукте. Эти способы также являются эффективными в сочетании с предварительной промывкой или частичным охлаждением в воде с последующим вакуумированием. При охлаждении вода, поглощенная поверхностным слоем продукта, испаряется.

В промышленности наиболее распространены способы охлаждения, осуществляемые передачей тепла продуктам конвекцией, радиацией и вследствие теплообмена при фазовом превращении. Наиболее распространены в мировой практике методы охлаждения воздухом (принудительным потоком или потоком, создаваемым при разности давлений). Охлаждающей средой является воздух, движущийся с различной скоростью. Этот способ осуществляется по-разному.

Успешно происходит охлаждение в обычных камерах, снабженных устройством для распределения охлажденного воздуха. Продукты размещаются в камере в различной таре (сливочное масло, жиры, птица, яйца и др.) или без тары в подвешенном вертикальном положении (мясные полутуши и тушки мясного рогатого скота, колбасные изделия и др.). Охлаждение воздухом применяется также для широкого ассортимента плодоовощной продукции.

Лучший технологический эффект охлаждения достигается в камерах туннельного типа с продольной или поперечной принудительной циркуляцией охлаждающей воздушной среды. При этом удается получить более равномерное распределение температуры и скорости движения воздуха и тем самым равномерно охладить продукцию по всему объему.

Относительно новым способом охлаждения является охлаждение мяса в воздухе, перенасыщенном влагой. В камерах для охлаждения имеется возможность изменять степень перенасыщения, скорость и температуру воздуха. Из-за хорошей теплоотдачи продолжительность охлаждения мясных полутуш сокращается.

Искусственное охлаждение воздухом используется в поверхностных или смесительных теплообменниках. Охлаждение воздухом в поверхностных теплообменниках применяется редко из-за низкого коэффициента теплопередачи и значительного расхода энергии при работе вентилятора.

Смесительные теплообменники (градирни) представляют собой аппараты башенного типа, в которых охлаждаемый воздух движется снизу вверх навстречу стекающей жидкости. При этом охлаждение происходит не только за счет теплоотдачи, но и в значительной степени за счет испарения части жидкости.

Вода является наиболее распространенным охлаждающим агентом из-за высокой теплоемкости, большого коэффициента теплоотдачи, доступности.

Подземная (артезианская) вода имеет температуру +8… 15 °С. Часто используют оборотную воду, т.е. воду, охлажденную в градирне, а затем возвращенную на охлаждение теплообменного аппарата.

Охлаждение водой производится погружением продукта в холодную воду или разбрызгиванием, но чаще используют поверхностные теплообменники. Скорость охлаждения водой значительно выше, чем воздухом. Кроме того, добавление в воду антисептиков наряду с охлаждением сокращает размер порчи от возбудителей, уменьшаются до минимума потери массы продукции.

Гидроохлаждение яблок, груш, персиков, слив, томатов, дынь перед перевозкой рефрижераторным транспортом получило наибольшее распространение в Италии, США и других странах.

Если температура охлаждаемой среды выше –100 °С, то применяют испарительное охлаждение. В Японии, США и других странах успешно используют вакуум-испарительное охлаждение для зеленных овощей.

Система испарительного охлаждения

В качестве низкотемпературных агентов при создании температур ниже –5…–20 °С применяют лед, охлаждающие смеси (смеси льда с различными солями), холодильные соли (растворы хлористого кальция, хлористого натрия и др.) и пары жидкостей, кипящих при низких температурах.

При охлаждении холодильными рассолами и парами низкокипящих жидкостей пользуются холодильными установками.

В Великобритании, Испании, Германии и других странах применяют охлаждение продукции жидким азотом в камерах хранения и в транспортных средствах.

Источник

Виды процессов охлаждения

Охлаждение, как и нагрев, основано на теплообмене. Это переход от объекта с высокой температурой к объекту с более низкой температурой. Существует два вида охлаждения: естественное и искусственное. Под естественным охлаждением понимают процесс теплообмена между охлаждаемым объектом и наружной окружающей седом или водой. В процессе такого охлаждения температуру охлаждаемого пространства или тела возможно снизить в рамках температуры окружающей среды, потому что температура окружающей среды напрямую зависит от времени года. Следовательно использование окружающей среды в качестве теплоносителя не дает в летний период желаемых результатов. Возможно заготовить в зимний период лед и разместить его в погребе. Тогда в летний период погреб можно использовать для хранения и охлаждения продуктов в целях достижения более низких температур зачастую могут применять смесь льда и соли. Но смесь льда и соли перенимают тепло от охлаждаемого объекта и меняют агрегатное состояние, следовательно теряют свою способность охлаждать. Таким образом, этот способ охлаждения возможно использовать лишь на короткий промежуток времени, потому как запас льда ограничен. Учитывая высокую трудоемкость заготовки водного льда такой метод получения низкой температуры, содержания бактерий в водном льде и многие другие отрицательные факторы способствуют замене естественного охлаждения искусственным.

Искусственным охлаждением также называется охлаждение посредством сухого льда, жидкого газа, термоэлектричества. Одним из достоинств искусственного охлаждения является возможность поддержания нужного температурного режима в разные времена года.

Охлаждение с помощью холодильных агрегатов, водоохлаждающих установок, моноблоков для камер, холодильных централей. Низкие температуры генерируют в результате теплообменных процессов, которые сопровождаются поглощением выделяемого тепла. Различают четыре вида охлаждения:

• адиабатическое расширение газа,
• дросселирование,
• термоэлектрический эффект (эффект Пельтье).

Фазовый переход веществ: плавление, кипение, испарение, сублимация. Фазовый переход некоторых веществ происходит при низких температурах со значительным поглощением тепла. Наиболее распространенным веществом, применяемым для выработки низкой температуры является водный лед, который при нормальном атмосферном давлении плавится при температуре 0ºC с удельной теплотой плавления 335 кДж/кг. Значительно более низкую температуру плавления можно получить, смешав лед с некоторыми видами солей.

• Плавление — это переход твердого тела в жидкое агрегатное состояние при заданной температуре. Теплотой плавления — называют количество тепла, необходимое для полного превращения 1 кг твердого вещества в жидкое при некоторой постоянной температуре.
• Сублимация — это переход тела из твердого агрегатного состояния в парообразное агрегатное состояние, минуя жидкое агрегатное состояние. Теплота сублимации — количество тепла, потраченное на переход 1 кг твердого вещества в парообразную фазу при неизменных давлении и температуре. Углекислота из твердого агрегатного состояния при атмосферном давлении преобразуется в газообразное агрегатное состояние при температуре — 78ºC.
• Кипением называют процесс перехода вещества из жидкого состояния в парообразное. Процесс превращения жидкости до точки кипения в пар называется испарением. Испарение происходит исключительно на поверхности жидкости. В холодильной технике под процессом испарения также понимают и процесс кипения.
• Конденсация — это процесс обратный кипени. Конденсация происходит при постоянной температуре с сопутствующим выделением скрытой теплоты парообразования. Температуры конденсации и кипения зависят от давления. Температура и давление изменяются в одну сторону. Растет давление — растет температура, как и наоборот.
• Адиабатическим расширением газа — называют процесс, протекающий без осуществления теплообмена между рабочим телом (например, фреоном) и окружающей средой. Внутренняя (потенциальная) энергия тела определена скоростью движения частиц молекул и атомов. Скорость движения молекул в нагретом теле больше, чем в холодном.
• Дросселирование хладогента — это процесс создания искусственным путем сопротивления на пути движения жидкости или газа, протекающего без совершения внешней работы, а также без теплообмена с окружающей средой. Дросселирование фреона основано на значительном снижении давления газа при его прохождении через зауженное отверстие. При дросселировании идеального газа, температура идеального газа неизменна засчет отсутствия сил взаимодействия между молекулами. При дросселировании фреона, засчет изменения внутренней энергии для преодоления внутренних сил взаимодействия молекул, совершается работа, что приводит к изменению температуры хладогента — понижению или повышению. Жидкость с некоторым давлением температур дросселируются в область значительно более низкого давления. По причине того, что температура кипения жидкости прямо зависит от давления, следовательно жидкость, обладая определенной температурой, поступая в область более низкого давления, оказывается перегретой относительно низкого давления. Происходит ее активное кипение с выделением сухого насыщенного пара. Тепло на испарение жидкости и парообразования берется от самой жидкости. При этом процессе жидкость охлаждается. Дросселирование в холодильной технике осуществляется при помощи терморегулирующего вентиля или капиллярной трубки.
• Термоэлектричское охлаждение — это возможность получения низкой температуры посредством затраты электроэнергии. При прохождении тока по замкнутой цепи, спаянной из двух разных металлов — термопары, один — нагревается, а второй — охлаждается. Для того, чтобы холодная часть спая всегда имела низкую температуру и была источником охлаждения, горячую часть спая необходимо постоянно охлаждать, в противном случае, теплота от него будет передаваться холодному спаю.

Источник

Какие существуют виды, типы и способы охлаждения ПК

Последнее обновление — 24 мая 2020 в 16:31

Для охлаждения современных компьютеров и их компонентов придумано несколько основных типов и способов. В этой статье я рассмотрю основные виды охлаждения ПК. Давайте начинать .

Жидкостное

Принцип работы состоит в передаче тепла от нагревающегося элемента охлаждающему радиатору. Это происходит при помощи рабочей жидкости (обычно воды), которая циркулирует в системе по специальным трубкам.

• Эффективность охлаждения, лучше традиционного воздушного
• Качественные системы работают очень тихо
• Такая система может выглядеть очень красиво в прозрачном корпусе, если есть подсветка.

• Водянка будет стоить всегда дороже, чем вентиляторы
• Высокие требования к качеству сборки и установки. Необходим надежный компьютерный корпус
• Постоянный контроль за работой системы и ее обслуживание, если что-то пойдет не так и будет протечка жидкости, то вы можете лишиться дорогостоящего оборудования.

Воздушное

Можно разделить на →

Принцип работы пассивного охлаждения заключается в передаче тепла от нагревающегося элемента на радиатор. Радиатор может быть сделан из алюминия или меди, а более продвинутые модели имеют тепловые трубки, которые помогают увеличить площадь рассеивания тепла.

Радиатор полученное тепло рассеивает в окружающее пространство, тем самым отводя его от нагревающихся компонентов.

Эффективность такого пассивного охлаждения, напрямую зависит от циркуляции воздуха и его температуры.

Чем больше объема воздуха, участвует в теплообмене и чем ниже его температура, тем лучше работает пассивное охлаждение.

Субъективно, полностью пассивную воздушную систему охлаждения создать невозможно, так как для создания потоков воздуха внутри замкнутого объема, так или иначе нужны вентиляторы.

• Относительная бесшумность
• Меньше вентиляторов — выше надёжность, но надо просчитать, хватит ли возможностей вашей пассивной системы для охлаждения всех компонентов компьютера.

• Заводское пассивное охлаждение дорогое удовольствие. В основном им занимаются моддеры и энтузиасты, для которых цена не важна
• Требуется компьютерный корпус большого объема, для достаточной циркуляции воздуха и продуманную систему охлаждения всего системного блока
• В таких условиях, к разгону компьютера нужно подходить очень осторожно.

Ну а теперь подробно разберем активное воздушное охлаждение. Оно самое распространенное и недорогое. Главное подойти к его организации с умом.

В этом способе используются вентиляторы совместно с радиаторами . Обычно их называют куллерами. Вентилятор обдувает радиатор, который отводит тепло от греющего его компонента компьютерной системы. Чем больше воздушный поток проходящий через радиатор и чем он холоднее, тем эффективнее происходит охлаждение.

• Дешевле и надежнее, чем жидкостное охлаждение
• Большая гибкость в организации систем охлаждения ПК.

• Шум от большого количества работающих вентиляторов. Если брать вентиляторы большего размера, хорошего качества и с небольшой скоростью вращения, можно сильно снизить издаваемый шум системным блоком. Нужен комплексный подход
• В мощных системах, где большое энергопотребление и соответственно высокое выделение тепла, требуется грамотная организация воздушных потоков и обдуманного подхода к охлаждению каждого сильно греющегося компонента (видеокарта и процессор).

Теперь перейдем к альтернативным способам охлаждения ⇒

Фреоновые установки

Принцип работы системы охлаждения на основе фреона, несмотря на внешне сложное устройство, довольно прост. Это холодильник в компьютере.

В замкнутом контуре циркулирует газ (фреон), который забирает тепло от центрального процессора или видеокарты. Двигаясь дальше по контуру, он охлаждается в специальном радиаторе. Дальше, охлажденный фреон под давлением, поступает к охлаждаемым компонентам и процесс повторяется снова.

• Можно добиться очень низких температур, что положительно скажется на возможностях разгона.

• Сложность монтажа и обслуживания
• При неправильном подходе, может образовываться конденсат, что приведет к выходу из строя электроники
• Высокое энергопотребление и цена.

Криогенное или азотное

Жидкий азот представляет собой прозрачную жидкость, без цвета и запаха, с температурой кипения -196 градусов по Цельсию!

Криогенные системы охлаждения с жидким азотом представляют из себя металлический (чаще всего медный) стакан . Такие стаканы делают в основном для охлаждения процессора и видеокарты. Они, как и радиаторы, плотно закрепляются с охлаждаемым элементом. Далее компьютер запускается и начинает вручную наливаться в стакан/ы азот. В процессе охлаждения он постепенно испаряется, поэтому его постоянно необходимо подливать.

На охлаждении азотом, ставятся все рекорды по разгону железа.

Криогенные установки используются только для экстремального охлаждения.

Плюс у данного вида охлаждения ПК только один — этот способ лучше всего охлаждает.

Остальное — одни минусы. Цена, неудобство, сложность и т.п.

Элемент Пельтье

Термоэлектрический преобразователь (термоэлектрический охладитель), принцип действия которого базируется на возникновении разности температур при протекании электрического тока.

В принципе работы элементов Пельтье лежит контакт двух полупроводниковых материалов с разными уровнями энергии электронов в зоне проводимости.

В зависимости от направления тока верхние контакты охлаждаются, а нижние нагреваются — или наоборот. Таким образом электрический ток переносит тепло с одной стороны элемента Пельтье на противоположную и создаёт разность температур.

Если нагревающуюся сторону элемента Пельтье охлаждать при помощи радиатора и вентилятора, то температура холодной стороны станет ещё ниже. Разность температур может достигать 70 °C.

До азотного охлаждения, энтузиасты использовали модуль Пельтье для охлаждения процессоров при экстремальном разгоне.

• Небольшие размеры
• Отсутствие движущихся частей, газов и жидкостей
• Бесшумность.

• Более низкий КПД, чем у установок на фреоне. Это ведёт к большой потребляемой мощности для достижения заметной разности температур.

Так же существуют различные комбинации всех перечисленных выше систем, но их практическая реализация очень сложна.

По совокупности всех положительных качеств, лучшим способом охлаждения компьютера и комплектующих, остается воздушное охлаждение.

Источник