Способы охлаждения холодильной машины

Классификация способов охлаждения

При проектировании холодильной установки и выборе определенной системы охлаждения следует учитывать следующие требования:

1. Система охлаждения должна быть надежной и гибкой в работе и допускать требуемые переключения машин и аппаратов в случае изменения режима работы, ремонта или аварии.
2. 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.
3. должна быть удобной для автоматизации.
4. В системе должны быть предусмотрены контрольно-измерительные приборы в количестве, достаточном для постоянного контроля за работой установки.
5. должна удовлетворять требованиям правил техники безопасности.
6. 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

СПОСОБЫ ОХЛАЖДЕНИЯ И ЦИКЛЫ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН СПОСОБЫ ОХЛАЖДЕНИЯ

В пищевой промышленности холод применяют при хранении сырья, полуфабрикатов и готовой продукции, а также при проведении ряда технологических процессов.

Для получения низких температур могут быть использованы физические процессы, сопровождающиеся поглощением теплоты извне: таяние водного льда и льдосолевых смесей; сублимация сухого льда (твердого диоксида углерода); кипение различных веществ (хладагентов) при низких температурах; дросселирование; расширение газа с совершением внешней работы; термоэлектрический эффект; испарение жидкости в вакууме; вихревой эффект и др.

Один из наиболее простых способов получения холода — использование водного льда и льдосолевых растворов. На крупных предприятиях применяют холодильные машины, которые по принципу действия делятся на компрессионные, абсорбционные и пароэжекторные.

Таяние льда и льдосолевых растворов. В камере охлаждения лед (или водно-солевой раствор) воспринимает теплоту Q_о от охлаждаемой среды при температуре Т₀ (рис. 30.1). Количество теплоты зависит от теплопритоков через изоляцию от внешней среды, температура которой Т, причем Т> Т₀.

Скрытая теплота плавления льда равна 335 кДж/кг. Масса плавящегося льда G (кг) и количество поглощаемого при этом холода Q_o (Дж) связаны соотношением

где r—скрытая теплота плавления, Дж/кг.

При использовании льда в качестве источника холода не удается получить температуру в камере охлаждения ниже 3. 4 °С

Температура таяния льдосолевой смеси зависит от химической формулы соли и ее концентрации в смеси. На практике применяют смесь дробленого льда с технической поваренной солью. Концентрацию смеси устанавливают в зависимости от требуемой температуры охлаждения. С повышением концентрации температура плавления раствора уменьшается до некоторого предела, а затем снова возрастает (рис. 30.2).

Наиболее низкая температура плавления (—21,2 °С) достигается при концентрации 23,1 %. Она называется криогидратной. Для льдосолевой смеси (СаСl + лед) криогидратная температура равна —55 °С.

Сублимация сухого льда. Температура сублимации сухого льда (твердого диоксида углерода) при атмосферном давлении t_субл — —78,9 °С; удельная теплота сублимации 574 кДж/кг.

Кипение. Это процесс интенсивного парообразования на поверхности нагрева при подводе теплоты. Эффект отвода теплоты от охлаждаемой среды в процессе кипения жидкости используют в паровых компрессионных холодильных машинах. Такую кипящую при низкой температуре жидкость называют хладагентом.

Дросселирование. Дросселирование сжатых газов осуществляют на дроссельных вентилях, редукторах, перегородках и других сужающих устройствах. Этот процесс сопровождается резким падением давления. Понижение температуры газа методом дросселирования связано с повышенными затратами энергии и применяется ограниченно. В частности, его используют для сжижения азота, кислорода и других компонентов воздуха, т. е. для достижения криогенных температур.

Дросселирование — это один из основных процессов, протекающих в паровых компрессионных холодильных машинах. При

прохождении жидкого хладагента через узкое сечение в регулирующем вентиле (капиллярной трубке) под действием разности давлений падение давления сопровождается снижением температуры всего потока.

Расширение газа с совершением внешней работы. Этот процесс применяют в воздушных и газовых холодильных машинах. Воздух (газ) расширяется в детандере, совершая работу; при этом температура его снижается.

Термоэлектрический эффект. Открыт французским физиком Ж. Пельтье (1785—1845), установившим, что при протекании тока в цепи, состоящей из двух различных проводников (рис. 30.3), один из спаев охлаждается, а другой нагревается. Разность температур спаев увеличивается с ростом напряжения в цепи.

КПД термоэлементов из металлических проводников низок вследствие интенсивного перетекания теплоты от горячего спая к холодному. Значительно большую эффективность имеют цепи, содержащие полупроводники в сочетании с металлами. При определенном подборе металлов и полупроводников разность температур горячего и холодного спаев может достигать 45 «С.

Вихревой эффект. Вихревой эффект создается с помощью вихревой трубы. Закрученный в трубе поток воздуха делится на теплую и холодную части. Применяют вихревые трубы в основном в лабораторной практике.

Испарение жидкости в вакууме. Процесс происходит самопроизвольно вследствие нарушения фазового равновесия между жидкой и паровой фазами рабочего тела (воды). Установившееся при исходном давлении равновесие между потоками молекул, вылетающих из жидкости и возвращающихся в нее при соударениях со свободной поверхностью жидкости, нарушается при вакуумировании. Откачивание насосом паровой фазы системы газ — жидкость приводит к уменьшению потока молекул, соударяющихся со свободной поверхностью жидкости, в результате чего в соответствии с принципом Ле Шателье поток молекул, покидающих жидкость

Такой процесс реализуется сублимационных сушилках, при быстром охлаждении хлебобулочных изделий после их частичной выпечки с целью последующего допекания в присутствии покупателя.

Количество воды (кг), испарившейся из охлаждаемого изделия, соответствующее понижению температуры

где М, с – соответственно масса (кг) и удельная теплоёмкость [Дж/(кг*K)] изделия или его расчётного элемента: r – теплота фазового перехода воды, Дж/кг.

При большой начальной неравномерности температуры Тj по изделию эти вычисления выполняют для отдельных его элементов, в которых температура может быть принята постоянной, а результаты суммируют. Если в таких элементах изделия влага изначально отсутствует, испарение ее ΔG принимают равным нулю. Снижения температуры этого элемента вследствие испарения не происходит. Температуры элементов изделия выравниваются в результате теплообмена между ними.

Влага ΔG, испаряющаяся из изделия, переходит в объем камеры охлаждения и повышает давление в нем на величину Δp_јисп

По приведенным зависимостям можно рассчитать процесс охлаждения изделия во времени при вакуумировании в случае использования системы откачивания с постоянным объемным расходом.

Источник

Холодильные машины

Способы охлаждения

Ледяное охлаждение.Ледяное охлаждение является самым простым способом охлаждения продуктов питания, физическую основу которого составляет процесс плавления льда и снега. В зависимости от способа получения, лед бывает естественным или искусственным.

Ледяное охлаждение применяется в сооружениях, называемых ледни­ками, они могут иметь различное размещение льда по отношению к ох­лаждаемым камерам с продуктами. Однако широкое применение получи­ли ледники с боковым размещением льда. Лед закладывают в таком ко­личестве, чтобы его хватило на определенное время, и объем льда должен быть в 4-5 раз больше объема камер с продуктами. При ледяном способе можно понизить температуру до 6-8 градусов °С и влажностью 90-95%.

Льдосоленое охлаждение.Источником холода является смесь льда и поваренной соли. Чем больше соли, тем ниже температура смеси. По­нижение температуры происходит до определенного предела. Самая низкая температура льда с поваренной солью составляет -21,20°С. Под­соленная смесь позволяет создавать в охлажденной среде более низкие температуры по сравнению с ледяным охлаждением.

Охлаждение сухим льдом.Этот способ основан на сублимации твер­дой углекислоты. Сухой лед — твердая углекислота, которая по внешне­му виду представляет собой куски вещества, похожего на мел, но очень холодные и быстро испаряющиеся при обычной температуре. В обыч­ных условиях он из твердого состояния превращается непосредственно в парообразное. При этом температура понижается до -78,90°С. Холоднопроизводительность сухого льда в 1,9 раза больше водяного. Сухой лед очень удобен для охлаждения продуктов, так как не выделяет влаги, не загрязняет продукты, имеет низкую температуру. Однако применение его ограничено из-за сравнительно высокой температуры.

Холодильной машиной называется совокупность устройств, необходи­мых для непрерывного отвода тепла от охлаждаемой среды при низкой температуре и передаче его окружающей среде при высокой температуре.

Существующие холодильные машины подразделяются на две группы: компрессорные: работающие с затратой механической энергии и ад­сорбционные — работающие с затратой тепловой энергии. Наибольшее применение во всех отраслях народного хозяйства имеют компрессор­ные холодильные машины.

Характеристика хладоагентов. Хладоагент представляет собой химиче­ское вещество, предназначенное для отвода тепла от охлаждаемой среды. Для этого используют специальные легкокипящие жидкости, имеющие низкую температуру кипения при атмосферном давлении. В настоящее время широко применяются холодильные агенты аммиак и фреон-22.

Аммиак— это бесцветный газ с резким запахом, оказывающий раз­дражающее действие на слизистую оболочку. Поэтому при утечке его че­рез неплотности можно его обнаружить по запаху. Аммиак и в воде име­ет высокую взаимную растворимость. Его используют в холодильных ма­шинах средней и большой производительности. Применение аммиака как холодильного агента в машинах малой мощности ограничено, так как имеет недостатки (ядовитость, взрывоопасность, воспламеняемость).

Фреон-22— бесцветный газ со слабым специфическим запахом, поэтому его утечку из системы трудно обнаружить. Он становится за­метным только при содержании его в воздухе более 20%. Он легко проникает через неплотности, нейтрален к металлам, взрывоопасен, но не горюч. При атмосферном давлении температура его кипения 400°С. Преимущество фреона-22 — безвредность, только при содержа­нии его в воздухе более 30% появляются признаки отравления орга­низма из-за недостатка кислорода.

Компрессорные холодильные машины. Эти машины со­стоят из следующих основных частей: испарителя, конденсатора, ком­прессора и регулирующего вентиля.

Испаритель— это устройство, имеющее вид змеевиковой ребристо-трубной батареи, в которой происходит кипение хладоагента в условиях низкой температуры за счет теплоты, поглощаемой из окружающей сре­ды. Испаритель устанавливается внутри холодильного шкафа, в верхней его части.

Конденсатор— это устройство, предназначенное для охлаждения па­ров фреона и превращения их в жидкость. Для ускорения охлаждения фреона через конденсатор продувают воздух специальным вентилятором.

Компрессор— устройство, которое отсасывает пары хладоагента из испарителя и направляет их в конденсатор в сжатом состоянии. Ком­прессор состоит из цилиндра, поршня и электродвигателя.

Регулирующий вентиль— устройство, регулирующее количество жид­кого фреона, подаваемого в испаритель. Кроме того, регулирующий вентиль снижает давление фреона для обеспечения условий низкотем­пературного кипения.

Таким образом, все основные части холо­дильной машины связаны между собой замкнутой системой трубопроводов, в ко­торой непрерывно циркулирует одно и то же количество фреона и его паров.

Для улучшения ре­жима работы в схему холодильной машины включают ряд допол­нительных аппаратов: ресивер, приборы ав­томатики и т.д.

Фреоновая автоматическая компрессорная машина. Эти машины в настоящее время применяются для охлаждения витрин, шкафов, ка­мер, прилавков, испарители которых устанавливают внутри охлаждаемо­го объекта. Для удобства эксплуатации и ремонта некоторые устройства объединяют в один узел и называют агрегатом. В настоящее время заво­ды выпускает агрегаты ФАК-1,5МЗ открытого типа. Испаритель и регу­лирующий вентиль устанавливаются в камере охлаждения, а остальные детали машины установлены на штампованной плите и образуют агре­гат. Агрегат устанавливают рядом с камерой охлаждения и соединяют с испарителем трубками, по которым циркулирует хладоагент (фреон).

Принцип работы машины заключается в следующем: хладоагент, по­пав в испаритель, закипает, превращается из жидкого состояния в газо­образное. При этом активно поглощает тепло от трубок и ребер испари­теля. Пары в испарителе отсасывают при помощи компрессора, который направляет их в сжатом состоянии (6-8 атм.) в конденсатор. В конден­саторе при помощи охлаждаемого воздуха, хладоагент, имея высокое да­вление, переходит в жидкое состояние. Жидкий хладоагент поступает в испаритель через регулирующий вентиль, который снижает давление и регулирует его подачу. Таким образом, в замкнутой системе непрерыв­но циркулирует одно и то же количество фреона и его паров.

1-34 Холодильный агрегат: устройство, принцип работы

Холодильные герметические агрегаты. Промышленность выпуска­ет более совершенные холодильные машины с герметическими ком­прессорами марок ФГК. Главное его преимущество в том, что электро­двигатель и компрессор находятся в одном герметическом кожухе и об­разуют единый блок. Этот агрегат может работать длительное время, так как у него отсутствуют сальники, которые исключают утечку фреона.

ФГК по своему размеру и весу значительно меньше. Достигается это за счет уменьшения размера двигателя, отсутствия передаточного меха­низма и лучшего охлаждения его парами фреона. ФГК работает почти бесшумно, не давая вибраций на фундамент.

Холодильный агрегат ВС. Эти агрегаты отличаются о агрегатов ФГК только более узким диапазоном рабочей температуры, меньшим весом и габаритами конденсатора. Экранированный герметичный агрегат ФГ-1,1 конструктивно выполнен так, что в герметичной полости находится только ротор электродвигателя. Вынесение статора из герметичной по­лости упрощает его сборку и дает возможность быстрой замены во вре­мя ремонта. Герметичные компрессоры станут основными агрегатами холодильных машин, применяемых в общественном питании, так как они имеют меньшую массу, габариты и потребляют меньше энергии.

Отсутствие сальников в конструкции агрегата исключает утечку хладоагента и значительно повышает надежность работы.

Краткие сведения о теплоизоляционных материалах. Теплоизоля­ционные материалы применяют для изоляции шкафов, прилавков и ви­трин, для максимального уменьшения теплопритока в охлаждаемое обо­рудование.

К теплоизоляционным материалам предъявляют следующие требова­ния: прочность, долговечность, устойчивость, небольшая стоимость, низкий коэффициент теплопроводности и теплоемкости, безвредность, биостойкость, низкая гигроскопичность. При изготовлении холодильно­го оборудования в промышленности применяют теплоизоляционные материалы: пеностеклопористая стеклянная масса, альфоль — гофриро­ванные алюминиевые листы, минеральная пробка, пенопласта, асбест, рубероид и битум.

1-35 Холодильные шкафы: устройство, правила эксплуатации

Источник