Классификация способов охлаждения
При проектировании холодильной установки и выборе определенной системы охлаждения следует учитывать следующие требования:
- Система охлаждения должна быть надежной и гибкой в работе и допускать требуемые переключения машин и аппаратов в случае изменения режима работы, ремонта или аварии.
- должна быть простой и удобной в эксплуатации и не вызывать затруднений у обслуживающего персонала в наблюдении за работой холодильной установки в целом или отдельных ее частей.
- должна быть удобной для автоматизации.
- В системе должны быть предусмотрены контрольно-измерительные приборы в количестве, достаточном для постоянного контроля за работой установки.
- должна удовлетворять требованиям правил техники безопасности.
- должна быть экономичной как по первоначальным капиталовложениям, так и в процессе эксплуатации.
На холодильниках применяют два основных способа охлаждения: 1) непосредственное — с помощью кипящего холодильного агента и 2) посредством охлажденного теплоносителя.
В зависимости от условий теплоотвода и конструкций камерных приборов охлаждения различают: 1) трубчатое охлаждение; 2) воздушное охлаждение; 3) смешанное охлаждение.
При трубчатом охлаждении в камерах устанавливают батареи, в которые подают жидкий холодильный агент или теплоноситель. Если охлаждение воздуха происходит вследствие кипения холодильного агента в батареях, расположенных непосредственно в охлаждаемой камере, то такой способ охлаждения называют непосредственным охлаждением, а камерные приборы охлаждения — батареями непосредственного охлаждения.
Охлаждение воздуха может происходить также вследствие нагревания теплоносителя, поступающего в батареи с температурой на 8—10° ниже температуры охлаждаемого воздуха. Наиболее распространенными теплоносителями являются рассолы (водные растворы солей — хлористого кальция, хлористого натрия, хлористого магния), поэтому такое охлаждение называют рассольным, а местные приборы охлаждения — рассольными батареями.
Трубчатое охлаждение иногда называют тихим, так как в камере устанавливается естественная циркуляция воздуха, вызванная разностью удельных весов теплого воздуха у поверхности груза и холодного — у поверхности охлаждающих приборов.
Скорость воздуха в камерах с трубчатым охлаждением находится в пределах от 0,05 до 0,15 м/сек. Усиления циркуляции воздуха достигают установкой около батарей направляющих циркуляционных щитов.
Воздушное охлаждение камер осуществляется путем предварительного охлаждения воздуха, подаваемого в камеру, в теплообменном аппарате — воздухоохладителе. Холодный воздух из воздухоохладителя нагнетается в камеру, соприкасаясь с продуктом, отепляется, увлажняется и вновь поступает в воздухоохладитель для охлаждения и осушения. Кроме рециркуляционного, в воздухоохладитель может поступать также наружный воздух. Таким образом, осуществляют вентиляцию камер.
При воздушном охлаждении в камерах имеет место принудительная циркуляция воздуха, скорость которого достигает 10 м/сек. Смешанное охлаждение представляет собой трубчатое и воздушное в различных комбинациях.
Источник
Области применения различных способов охлаждения
При непосредственном охлаждении (рис. 5.1, а) теплота, воспринимаемая охлаждающими приборами, передается непосредственно кипящему в них хладагенту; в этом случае охлаждающие приборы, расположенные в охлаждаемом помещении (аппарате), являются испарителями холодильной установки (температура охлаждающей среды ta = t0).
При охлаждении хладоносителем (рис. 5.1, б) теплота в охносителю, с помощью которого она переносится к хладагенту, находящемуся в испарителе холодильной установки, обычно расположенном на некотором удалении от охлаждаемого объекта. При этом способе охлаждения отвод теплоты от охлаждаемого объекта вызывает повышение температуры хладоносителя в охлаждающих приборах без изменения его агрегатного состояния (охлаждающей средой является хладоноситель со средней температурой ts, ta=ts).
Охлаждение хладоносителем иногда называют рассольным охлаждением по виду наиболее распространенных хладоносителей (водных растворов солей — рассолов), что не всегда справедливо, поскольку в качестве хладоносителей используют не только рассолы. Например, если хладоноситель не охлаждается ниже 1-2°С, то в качестве хладоносителя можно применять воду, а для более низких температур нужно использовать растворы солей или органические соединения.
Области применения того или иного способа определяются их особенностями, оказывающими влияние на технологический процесс, а также экономическими показателями. Холодильная установка при непосредственном охлаждении проще (рис. 5.1, а), так как в ней отсутствуют испаритель для охлаждения хладоносителя и насос для его циркуляции, вследствие чего эта установка требует меньших первоначальных затрат по сравнению с установкой косвенного охлаждения. Установка при непосредственном охлаждении требует и меньших затрат энергии: во-первых, вследствие того, что в охлаждаемых помещениях с одинаковой температурой tпм и одной и той же разностью температур tпм — ta при охлаждении хладоносителем появляется дополнительная разность температур в испарителе ts — ta, обычно находящаяся в пределах 4-6 К, вызывающая соответствующее понижение температуры кипения до значения t0; во-вторых, при охлаждении хладоносителем появляется дополнительный расход энергии, обусловленный не только работой привода насоса, имеющего мощность Nh, но и дополнительной нагрузкой на компрессор, возникающей в результате превращения в теплоту работы насоса и подвода этой теплоты к хладоносителю.
Кроме того, применяемые в настоящее время хладагенты не взаимодействуют с черными металлами, в то время как некоторые хладоносители (рассолы и, в известной степени, вода) вызывают коррозию, что иногда существенно сокращает долговечность систем с охлаждением хладоносителем. В то же время способу непосредственного охлаждения присущи и серьезные недостатки. Прежде всего, имеется опасность попадания хладагента в помещения (аппараты) при нарушениях плотности системы. Опасность для людей значительно увеличивается при применении токсичных хладагентов, например аммиака. Даже при использовании более безопасных хладагентов, таких как хладоны, применять непосредственное охлаждение помещений, в которых может находиться большое количество людей, нежелательно.
Недостатками способа непосредственного охлаждения долгое время являлись также трудность распределения хладагента по отдельным помещениям (при большом их числе) и трудность защиты компрессора от влажного хода. Эти трудности связаны с тем, что хладагент должен подаваться в приборы охлаждения различных помещений (аппаратов) в количестве, соответствующем теплопритокам в эти помещения. Но так как теплопритоки во времени изменяются по разным объектам самым различным образом, то при ручном регулировании подачи хладагента эта задача является очень трудоемкой и большей частью трудноразрешимой. В результате возникают недостаток хладагента в приборах одних помещений и переполнение жидким хладагентом приборов других помещений. Последнее обычно является причиной влажного хода компрессора и нередко гидравлических ударов с теми или иными нежелательными последствиями.
При охлаждении хладоносителем изменение тепловой нагрузки (при постоянном количестве циркулирующего хладоносителя) вызывает только уменьшение или увеличение его нагревания в охлаждающих приборах, что не влечет за собой опасных последствий. Регулирование же подачи хладагента в этом случае ведется только на один объект — испаритель, в котором колебания нагрузки от отдельных объектов в значительной степени компенсируют друг друга и часто мало отражаются на режиме работы испарителя и компрессора. В связи с этим обслуживание холодильных установок при косвенном охлаждении оказывается значительно проще, что в ряде случаев заставляло отказаться от непосредственного охлаждения, несмотря на ряд его преимуществ.
Источник
Системы охлаждения
В холодильных установках применяют в основном системы непосредственного, рассольного и воздушного охлаждения. При непосредственном охлаждении кипящий в испарителе агент охлаждает непосредственно воздух в шкафу или в камере. Подача жидкого холодильного агента из конденсатора (или ресивера) в испаритель может осуществляться под действием разности давлений конденсации и кипения (безнасосные схемы) или насосом (насосные схемы). По этой схеме работает большинство малых холодильных машин в торговом оборудовании.
В насосной схеме жидкий агент после дросселирования собирается в циркуляционном ресивере и только затем насос подает жидкость низкого давления в испарители, установленные во всех камерах. Неиспарившаяся часть жидкости стекает обратно в циркуляционный ресивер, а пары отсасываются компрессорами. Насосные схемы применяются на крупных холодильниках.
При рассольном охлаждений камер холодильный агент, который кипит в испарителе, отбирает тепло не непосредственно от воздуха камеры, а от промежуточного хладоносителя — рассола. Охлажденный в испарителе рассол поступает в батареи, расположенные в камерах, где отбирает тепло от воздуха, и отепленный сливается в бак. Насос для рассола направляет рассол из бака снова в испаритель, таким образом он постоянно циркулирует.
В последние годы применяют более совершенную схему рассольного охлаждения — закрытую. Рассол из камер не сливается в открытый бак, а сразу насосом подается в испаритель. Мощность, потребляемая насосом, в этой схеме меньше, чем в открытой. Значительно уменьшается также коррозия трубопроводов, поскольку в закрытую систему не попадает воздух. Для компенсации температурного расширения рассола в верхней части системы предусмотрен расширительный бачок.
Преимущества рассольного охлаждения по сравнению с непосредственным заключаются в следующем.
Рассольные холодильные установки обладают большей возможностью аккумулировать холод, т. е. после остановки компрессора рассол, оставшийся в батареях, дольше охлаждает камеры. Это позволяет без значительного отепления камер производить работы, требующие остановки компрессора на некоторое время (до суток). При непосредственном охлаждении остановка компрессора вызывает быстрое повышение температуры в холодильных камерах.
При рассольном охлаждении значительно облегчается регулирование температурного режима одновременно в нескольких камерах с разной температурой.
При рассольном охлаждении значительно сокращается емкость системы, заполненная холодильным агентом. При установке батарей непосредственного охлаждения в камерах для заполнения системы требуется большое количество агента, а многочисленные соединения батарей затрудняют герметизацию системы, что может привести к опасным условиям эксплуатации установок и потере дорогостоящего холодильного агента.
Недостатком рассольной системы по сравнению с системой непосредственного охлаждения является необходимость поддерживать более низкую температуру кипения — для достижения той же температуры в камерах. Так, при температуре в камерах 0°С температура рассола должна быть —10°С, температура кипения —15°С. При непосредственном испарении для достижения той же температуры в камере температура кипения должна быть —10°С. С повышением температуры кипения повышается холодопроизводительность машины и экономичность ее работы. Кроме того, при рассольном охлаждении расходуется дополнительная электроэнергия на работу насоса. Как в системе непосредственного охлаждения, так и в рассольной системе воздух в камере может охлаждаться либо в результате его естественной циркуляции (конвекции) — либо с помощью принудительной циркуляции.
Охлаждение с помощью принудительной циркуляции воздуха называют воздушным охлаждением. При воздушном охлаждении вентилятор продувает воздух через воздухоохладитель, который состоит из нескольких труб. В этих трубах может либо испаряться холодильный агент (воздухоохладители непосредственного испарения), либо циркулировать рассол (рассольные воздухоохладители).
Вентилятор обеспечивает большую скорость движения воздуха, что улучшает теплообмен между трубами воздухоохладителя и воздухом. Это позволяет уменьшить поверхность воздухоохладителя по сравнению с поверхностью батарей, расположенных в камерах и рассчитанных на естественную циркуляцию воздуха.
Источник
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
