Процес зниження температури тіла називається охолодженням.Розрізняють природне та штучне охолодження.
Природне охолодженнядозволяє охолодити тіло до температури довкілля. Таке охолодження забезпечує холодна вода чи повітря.
Для охолодження до температури нижчої, ніж температура навколишнього середовища, застосовується штучне охолодження,яке можна здійснити за допомогою будь-якого фізичного процесу, пов'язаного із відведенням теплоти.
Штучне охолодження використовується при проведенні процесів абсорбції, кристалізації, поділу газів, сублімаційного сушіння та кондиціювання повітря.
За допомогою холодильних сумішей можна одержувати досить низькі температури. Суміш льоду та СаС1 2 (до 30 %) дозволяє досягти температури -55 °С. Однак для здійснення охолодження таким способом потрібно багато льоду та солі, тому його застосування обмежене.
У сучасних холодильних машинах використовується властивість ряду низькокиплячих зріджених газів (аміак, хладони, діоксид вуглецю та ін.) при випаровуванні поглинати з довкілля велику кількість теплоти.
Штучне охолодження можна розділити на помірне(до температури -100 °С) та глибоке(До більш низької температури).
У промисловості глибоке охолодження застосовують для зрідження парогазових і газових сумішей, що розділяються. Отримані таким способом гази широко використовуються в хімічній промисловості: азот для отримання хімічних добрив, кисень, метан і етилен для виробництва мінеральних кислоті т.п.
В установках штучного холоду здійснюють необхідне зниження температури робочого тіла. за агрегатного стану робочого тілахолодильні установки підрозділу
ляють на газові, газорідинні, парорідкісні та адсорбційні (із застосуванням твердої фази).
Штучне охолодження здебільшого здійснюється двома методами:
Випаровуванням низькокиплячих рідин;
Розширенням різних попередньо стиснених газів за допомогою дроселювання або детандування.
При випаровуванні низькокиплячих рідин останні охолоджуються за рахунок зменшення внутрішньої енергії.
Дроселюванняявляє собою процес розширення газу при його проходженні через пристрій, що звужує, в результаті чого тиск газу знижується. Енергія, необхідна для розширення газу при дроселюванні, коли надходження теплоти ззовні відсутня, може бути отримана лише за рахунок внутрішньої енергії самого газу. Дросельний ефект(ефект Джоуля-Томсона) - це зміна температури газу при дроселюванні в умовах відсутності теплообміну з довкіллям.
Детандування- це розширення газу в розширювальній машині – детандері. За своєю конструкцією цей агрегат аналогічний поршневому компресору або турбокомпресору. При детандуванні газ охолоджується внаслідок зниження внутрішньої енергії та здійснення зовнішньої роботи.
Якщо тиск знизити до 0,007 бар, вода почне кипіти при температурі всього 4 °C — такі її властивості. У цьому випадку достатньо було б підвести до чайника теплоносій з температурою, наприклад, 10 °C, і за допомогою цього теплоносія вода в чайнику закипіла б, як від полум'я газового пальника, а теплоносій цей охолодився, наприклад, до температури 7 °C, подібно до того, як охолоджуються під киплячим чайником продукти згоряння газу. Теплоносій, охолоджений від 10 до 7 °C, називають холодоносієм, і його можна успішно використовувати, наприклад, у системах кондиціонування.
У випарнику АБХМ відбуваються саме такі процеси. Як холодильний агент у цій машині використовуються не фреони, а як у чайнику - звичайна вода, що кипить у випарнику, тиск усередині якого близький до абсолютного вакууму.
Разом з тим, холодильна машина повинна бути все ж таки дещо складнішою за чайник. Вакуум з випарника зникне, як тільки з води почне утворюватися пара. Щоб цього не сталося, пару потрібно видаляти. У звичайних компресорних холодильних машинах пар, що утворюється під час кипіння холодильних агентів, відсмоктують компресором. Теоретично можна було б відсмоктати компресором і водяну пару, але практично це завдання вирішити складно, тому що питомий об'єм водяної пари при низькому тиску дуже великий, і знадобився б компресор надмірно великого розміру. На цьому ідея водяної холодильної машини могла б піти в область фантастики, якби не відкрили таку речовину, як розчин бромистого літію у воді. Особливістю цього розчину є його здатність жадібно поглинати (по-науковому – «абсорбувати») водяну пару. Якщо в одному обсязі з випарником розпорошувати концентрований розчин бромистого літію, званий абсорбентом, вакуум у цьому обсязі збережеться, оскільки пара перейде в розчин. Правда, абсорбент дуже скоро втратить свою здатність поглинати, тепло буде передано оборотній воді, що циркулює через змійовик абсорбера, і відведено в атмосферу через градирню.
Слабкий розчин з абсорбера А насосом 3 подається в генератор Г, через трубки якого циркулює теплоносій від джерела тепла Т. Під впливом цього тепла пара зі слабкого розчину випарується і через жалюзі спрямується (показано стрілкою) в простір охолоджуваного зворотною водою конденсатора К, на трубках пара сконденсується, конденсат повернеться у випарник І, а частково зневоднений (концентрований) розчин бромистого літію повернеться в абсорбер. Концентрація солі в розчині знижується, і водночас погіршується його абсорбційна здатність. Щоб підтримувати абсорбційну здатність розчину на постійному високому рівні, потрібно зайву пару з нього випарувати. А для випарювання немає більш підходящої енергії, ніж теплова.
Фізична природа тепла та холоду однакова, різниця полягає лише у швидкості руху молекул та атомі. У більш нагрітому тілі швидкість руху більша, ніж менш нагрітому. При підведенні до тіла тепла рух зростає, при відібранні тепла зменшується. Таким чином, теплова енергія є внутрішня енергія руху молекул і атомів.
Охолодження тіла - це відведення від нього тепла, що супроводжується зниженням температури. Найпростіший спосіб охолодження - теплообмін між тілом, що охолоджується, і навколишнім середовищем - зовнішнім повітрям, річковим морською водою, ґрунтом. Але цим способом, навіть при найдосконалішому теплообміні, температуру тіла, що охолоджується, можна знизити тільки до температури навколишнього середовища. Таке охолодження називається природним. Охолодження тіла нижче температури навколишнього середовища називається штучним. Для нього використовують головним чином приховану теплоту, що поглинається тілами при зміні їхнього агрегатного стану.
Кількість тепла чи холоду вимірюється калоріями чи кілограм-калоріями (кілокалорія). Калорія - це кількість тепла, необхідне для нагрівання 1 г води на 1 за нормального атмосферному тиску, кілокалорія - для нагрівання 1 кг води на 1С за тих же умов.
Існує кілька способів отримання штучного холоду. Найпростіший з них - охолодження за допомогою льоду або снігу, танення яких супроводжується поглинанням досить великої кількостітепла. Якщо теплопритоки ззовні малі, а поверхня льоду або снігу, що теплопередає, відносно велика, то температуру в приміщенні можна знизити майже до 0°С. Практично в приміщенні, що охолоджується льодом або снігом, температуру повітря вдається підтримувати лише на рівні 5-8°С. При крижаному охолодженні використовують водний лід або тверду вуглекислоту (сухий лід).
При охолодженні водяним льодом відбувається зміна його агрегатного стану - плавлення (танення). Холодопродуктивність, або охолоджувальна здатність чистого водного льодуназивається питомою теплотою плавлення. Вона дорівнює 335 кДж/кг. Теплоємність льоду дорівнює 2,1 кДж/кг.
Водний лід застосовується для охолодження та сезонного зберігання продовольчих товарів, овочів, фруктів у кліматичних зонах із тривалим холодним періодом, де у природних умовах у зимовий період його легко можна заготовити.
Водний лід як охолодний засіб застосовується в спеціальних льодовиках і на крижаних складах. Льодовики бувають з нижнім завантаженням льоду (льодовик-льох) і з бічної - кишенькового типу.
Крижане охолодження має суттєві недоліки: температура зберігання обмежена температурою танення льоду (зазвичай температура повітря на крижаних складах 5 - 8 ° С), в льодовик необхідно закладати кількість льоду, достатню на весь період зберігання, і додавати при необхідності; значні витрати на заготівлю та зберігання водного льоду; великі розміриприміщення для льоду, що перевищують приблизно 3 рази розміри приміщення для продуктів; значні витрати на дотримання необхідних вимог, що пред'являються до зберігання харчових продуктіві відведення талої води.
Л'досоляне охолодження проводиться із застосуванням подрібненого водного льоду та солі. Завдяки додаванню солі швидкість танення льоду збільшується, а температура танення льоду опускається нижче. Це тим, що додавання солі викликає послаблення молекулярного зчеплення і руйнація кристалічних решіток льоду. Танення льодосоляної суміші протікає з відбором теплоти від навколишнього середовища, у результаті навколишнє повітря охолоджується і температура його знижується. З підвищенням вмісту солі в льодосоляній суміші температура плавлення її знижується. Розчин солі з найнижчою температурою танення називається евтектичним, а температура його танення - кріогідратною точкою. Кріогідратна точка для льодосоляної суміші з кухонною сіллю -21,2°С, при концентрації солі в розчині 23,1% по відношенню до загальній масісуміші, що приблизно дорівнює 30 кг солі на 100 кг льоду. При подальшій концентрації солі відбувається не зниження температури танення льодосоляної суміші, а підвищення температури танення (при 25% концентрації солі в розчині до загальної маси температура танення підвищується до -8°С).
При заморожуванні водного розчину кухонної солі в концентрації, що відповідає кріогідратній точці, виходить однорідна суміш кристалів льоду та солі, яка називається евтектичним твердим розчином.
Температура плавлення твердого евтектичного розчину кухонної солі -21,2°С, а теплота плавлення - 236 кДж/кг. Евтектичний розчин застосовують для зероторного охолодження. Для цього в зероти – наглухо запаяні форми – заливають евтектичний розчин кухонної солі та заморожують їх. Заморожені зероти використовують для охолодження прилавків, шаф, переносних сумок-холодильників, що охолоджуються, і т. д. У торгівлі льодосоляне охолодження широко застосовувалося до масового випуску обладнання з машинним способом охолодження.
Охолодження сухим льодом засноване на властивості твердої вуглекислоти сублімувати, тобто при поглинанні тепла переходити з твердого стану газоподібне, минаючи рідкий стан. Фізичні властивостісухого льоду наступні температури сублімації при атмосферному тиску - 78,9°С, теплота сублімації 574,6 кДж/кг.
Сухий лід має такі переваги в порівнянні з водним:
Можна одержувати нижчу температуру;
Охолоджуюча дія 1 кг сухого льоду майже в 2 рази більша, ніж 1 кг водного льоду:
При охолодженні немає сирості, крім того, при сублімації сухого льоду утворюється газоподібна вуглекислота, яка є консервуючим засобом, що сприяє кращому збереженню продуктів.
Сухий лід застосовується для перевезення заморожених продуктів, охолодження фасованого морозива, заморожених фруктів та овочів.
Штучного охолодження можна досягти також, якщо змішати лід або сніг з розведеними кислотами Наприклад, суміш із 7 частин снігу або льоду та 4 частин розведеної азотної кислоти має температуру -35°С. Низьку температуру можна отримати розчиненням солей у розведених кислотах. Так, якщо 5 частин азотнокислого амонію і 6 частин сірчанокислого натрію розчинити в 4 частинах розведеної азотної кислоти, то суміш матиме температуру -40°С.
Отримання штучного холоду за допомогою снігу або льоду, а також за допомогою сумішей, що охолоджують, має суттєві недоліки: трудомісткість процесів заготівлі льоду або снігу, їх доставки, труднощі автоматичного регулювання, обмежені температурні можливості.
Останнім часом у зв'язку з енергетичною кризою, забрудненням навколишнього середовища стає все більш актуальною проблема використання для холодильної обробки харчових продуктів нетрадиційних екологічно безпечних методів отримання холоду. Найбільш перспективним з них є кріогенний метод на базі рідкого та газоподібного азоту із застосуванням безмашинної проточної системи холодопостачання, що передбачає одноразове використання кріоагента.
Перспективність цього методу холодопостачання зростає у зв'язку з відкриттям у Росії великих запасів (340 млрд. м3) підземних високоазотних газів. Собівартість очищеного азоту набагато нижче, ніж азоту, отриманого з допомогою методу поділу повітря.
Безмашинні проточні системи азотного охолодження мають значні переваги: дуже надійні в експлуатації та мають високу швидкість заморожування, що забезпечує практично повне збереження якості та зовнішнього виглядупродукту, і навіть мінімальні втрати його маси з допомогою усушки.
Особливо слід зазначити екологічну чистоту таких систем (атмосфері Землі міститься до 78% газоподібного азоту).
Найбільш поширеним та зручним в експлуатаційному відношенні способом охолодження є машинне охолодження.
Машинне охолодження - спосіб отримання холоду за рахунок зміни агрегатного стану холодоагенту, кипіння його при низьких температурахз відведенням від охолоджуваного тіла або середовища необхідної для цього теплоти пароутворення
Для подальшої конденсації парів холодоагенту потрібне попереднє підвищення їх тиску та температури.
В основу машинного способу охолодження може бути покладено також адіабатичне (без підведення та відведення тепла) розширення стиснутого газу. При розширенні стиснутого газу температура його значно знижується, оскільки зовнішня робота у разі відбувається з допомогою внутрішньої енергії газу. На цьому принципі засновано роботу повітряних холодильних машин.
Охолодження шляхом розширення стиснутого газу, зокрема повітря, відмінно від усіх способів охолодження. Повітря при цьому не змінює свого агрегатного стану, як лід, суміші і хладон, воно тільки нагрівається, сприймаючи теплоту навколишнього середовища (від тіла, що охолоджується).
Широке застосування машинного охолодження у торгівлі пояснюється рядом його експлуатаційних властивостей та економічних переваг. Стабільний температурний режим, що легко регулюється, автоматична дія холодильної машини без великих витрат праці на технічне обслуговування, найкращі санітарно-гігієнічні умови зберігання продуктів, компактність та загальна економічність визначають доцільність застосування машинного охолодження.
На підприємствах оптової та роздрібної торгівлі використовують в основному парові холодильні машини, дія яких заснована на кипінні при низьких температурах спеціальних робочих речовин - холодоагентів. яких пари холодоагенту поглинаються абсорбентом.
Пристрій та принцип дії компресійної холодильної машини. Компресійна холодильна машина (рис. 3.1) складається з наступних основних вузлів: випарника, компресора, конденсатора, ресивера, фільтра, терморегулюючого вентиля. Автоматична дія машини забезпечується терморегулюючим вентилем та регулятором тиску. До допоміжних апаратів, що сприяють підвищенню економічності та надійності роботи машини, відносяться: ресивер, фільтр, теплообмінник, осушувач. Машина приводиться в дію електродвигуном.
Випарник - охолодна батарея, яка поглинає тепло навколишнього середовища за рахунок киплячого в ній за низької температури холодоагенту. Залежно від виду середовища, що охолоджується, розрізняють випарники для охолодження рідини і повітря.
Мал. Схема пристрою компресійної холодильної машини:
1 – компресор; 2 – конденсатор; 3 – ресивер; 4 – фільтр; 5 -
терморегулюючий вентиль; 6 – випарник; 7 - охолоджувана
камера; 8 – електродвигун; 9 – магнітний пускач; 10 -
кнопковий включник; 11 - реле тиску
Компресор призначений для відсмоктування парів холодоагенту з випарника, стиснення та нагнітання їх у перегрітому стані в конденсатор. У малих холодильних машинах застосовують поршневі та ротаційні компресори, причому найбільшого поширення набули поршневі.
Конденсатор - теплообмінний апарат, який служить для зрідження парів холодоагенту шляхом їх охолодження. По виду охолоджуючого середовища конденсатори випускають з водяним та повітряним охолодженням. Конденсатори з примусовим рухом повітря мають вертикально розташовані плоскі змійовики з мідних або сталевих оребрених труб Природне повітряне охолодження застосовується тільки в холодильних машинах побутових електрохолодильників.
Ресивер - резервуар, що служить для збору рідкого холодоагенту з метою забезпечення його рівномірного надходження до терморегулюючого вентиля та у випарник У малих хладонових машинах ресивер призначений для збору холодоагенту під час ремонту машини.
Фільтр складається з мідних або латунних сіток та суконних прокладок. Він служить для очищення системи та холоду агента від механічних забруднень, що утворилися внаслідок недостатнього очищення їх при виготовленні монтажу та ремонту. Фільтри бувають рідинні та парові. Рідинний фільтр встановлюється після ресивера перед терморегулюючим вентилем, паровий - на лінії компресора, що всмоктує.
Для запобігання попаданню іржі та механічних частинок у циліндри малих фреонових холодильних машин, у всмоктувальну порожнину компресора вставляють фільтр у вигляді склянки з латунної сітки.
Терморегулюючий вентиль забезпечує рівномірне надходження хладону у випарник, розпорошує рідкий холодоагент, тим самим знижує тиск конденсації до тиску випаровування.
Від правильного регулювання терморегулюючого вентиля багато в чому залежить економічність роботи холодильної машини. Надлишок рідкого хладону у випарнику внаслідок вологого перебігу компресора може призвести до виникнення гідравлічного удару. При недостатньому заповненні випарника рідиною частина поверхні його не використовується, що веде до порушення нормального режиму роботи машини та зниження температури випаровування холодоагенту.
Регулятор тиску складається з пресостату (регулятора низького тиску) та маноконтролера (вимикача високого тиску). Для регулювання температурного режиму в певних межах необхідно, щоб холодопродуктивність холодильної машини завжди перевищувала приплив тепла до неї. Тому в нормальних умовах немає необхідності у безперервній роботі холодильної машини.
Періодичне включення холодильної машини здійснюється автоматично пресостатом. Потрібний температурний режим досягається шляхом регулювання тривалості перерв роботи холодильної машини. Маноконтроллер служить для захисту від надмірного підвищення тиску лінії нагнітання. У разі підвищення тиску в конденсаторі понад 10 атм. (Норма - 6-8 атм.) він розмикає ланцюг котушки магнітного пускача, живлення електродвигуна відключається і холодильна машина зупиняється.
Робота холодильної машини відбувається в такий спосіб. Легкоиспаряющаяся рідина (хладон-12) надходить через терморегулюючий вентиль у випарник. Потрапляючи в умови низького тиску, вона кипить, перетворюючись на пару, і при цьому відбирає тепло у повітря, що оточує випарник.
З випарника пари хладону відсмоктуються компресором, зріджуються і в перегрітому стані від стиснення нагнітаються в конденсатор. У конденсаторі, що охолоджується водою або повітрям, вони перетворюються на рідину. Рідкий хладон стікає трубами конденсатора і накопичується в ресивері, звідки під тиском проходить через фільтр, де затримуються механічні домішки (пісок, окалина та ін.).
Очищений від домішки хладон, проходячи через вузьке (отвір терморегулюючого вентиля, дроселюється (мнеться), розпорошується і при різкому зниженні тиску і температури надходить у випарник, після чого цикл повторюється.
Робочий цикл холодильної машини з урахуванням взаємодії приладів автоматики ось у чому. При вимкненому електродвигуні контакти реле тиску розімкнені, терморегулюючий вентиль не пропускає рідкий хладон з конденсатора у випарник, оскільки голка до кінця увійшла до сідловини і щільно закрила прохідний переріз. У випарнику в цей час триває процес кипіння, що залишився після вимкнення машини рідкого холодоагенту. Від припливу зовнішнього тепла температура випарника поступово підвищується і, отже, тиск пари, що скупчилися в ньому, зростає. Тиск у випарнику зростатиме доти, доки пресостат реле тиску не замкне контакти і машина не вступить у роботу.
З включенням машини в роботу починається відсмоктування перегрітої пари з випарника в компресор. Це спричиняє підвищення температури та тиску у чутливому патроні терморегулюючого вентиля, внаслідок чого голчастий клапан відкриває прохідний отвір. Рідкий холодоагент, інтенсивно киплячи, спрямовується в труби випарника. Кипіння супроводжується значним зниженням температури парорідинної суміші, в результаті чого охолоджуються стінки випарника, навколишнє повітря і продукти, що швидко псуються.
Зниження температури навколишнього середовища знижує величину теплоприпливу, кипіння стає менш інтенсивним, скорочується кількість пари, падає тиск у випарнику до межі, при якому реле тиску розмикає контакти і машина зупиняється. До моменту вимикання машини зменшується подача рідкого холодоагенту в випарник, оскільки надлишок холодоагенту, що надійшов в нього, веде до зниження температури вихідних пар і до автоматичного прикриття голчастого клапана терморегулюючого вентиля. Через кілька секунд після зупинки машини тиск у термобалоні та випарнику остаточно порівнюється та голчастий клапан закривається.
Холодоагенти. Холодагенти – це робочі речовини парових холодильних машин, за допомогою яких забезпечується отримання низьких температур. Найбільш поширені з них – хладон та аміак.
При виборі холодоагенту керуються його термодинамічні, теплофізичні, фізико-хімічні та фізіологічні властивості. Важливе значення має також його вартість та доступність. Холодагенти не повинні бути отруйними, не повинні викликати задухи та подразнення слизових оболонок очей, носа та дихальних шляхів людини.
Хладон-12 (R-12) має хімічну формулу CHF 2 C1 2 (дифтордихлорметан). Він є газоподібною безбарвною речовиною зі слабким специфічним запахом, який починає відчуватися при об'ємному вмісті його пари в повітрі понад 20%. Хладон-12 має гарні термодинамічні властивості.
Хладон-22 (R-22), або дифтормонохлорметан (CHF 2 C1), так само як і хладон-12, має хороші термодинамічні та експлуатаційні властивості. Відрізняється він нижчою температурою кипіння та більш високою теплотою пароутворення. Об'ємна холодопродуктивність хладону-22 приблизно в 1,6 рази більша, ніж хладону-12.
Аміак (NH 3) – безбарвний газ із задушливим сильним характерним запахом. Аміак має досить високу холодопродуктивність. Виробництво його засноване головним чином на методі з'єднання водню з азотом при високому тискуз наявністю каталізатора. Аміак застосовують для отримання низьких температур (до -70°С) при глибокому вакуумі. Теплота пароутворення, теплоємність та коефіцієнт теплопровідності у аміаку вище, а в'язкість рідини менше, ніж у хладонів. Тому має високий коефіцієнт тепловіддачі. Вартість аміаку невисока в порівнянні з іншими холодоагентами
Як відомо, деякі холодоагенти мають озоноруйнівну здатність, що не може не турбувати міжнародну громадськість
Здатність хлоровмісних холодоагентів викликати цей процес називається озоноруйнівним потенціалом - ГРП (рис 3 2)
Мал. Озоноруйнівний потенціал
Здатність різних речовин викликати процеси глобального потепління називається потенціалом глобального потепління – ПГП (рис 3.3)
Мал. Потенціал глобального потепління
Тривалість життя холодоагентів в атмосфері також дуже важливий фактор Це показник часу, протягом якого різні речовини зберігаються в атмосфері і можуть впливати на навколишнє середовище Іншими словами, чим довше хімікат або хладон зберігається в атмосфері, тим він менш екологічно безпечний
Мал. Термін життя холодоагентів у атмосфері
У 1985 р. у Відні було прийнято Конвенцію про захист озонового шару. До неї приєдналися 127 держав, включаючи Росію та країни СНД.
У 1989 р. набув чинності Монреальський протокол про поступове скорочення, а потім і про повне припинення у 2030 р. випуску озоноруйнівних холодоагентів. До небезпечним групамбули віднесені хладони R-11, R-12, R-113, R-114, R-115, R-12B1, R-13B1, R-114B2. У 90-х роках. текст протоколу був жорстким шляхом запровадження обмежень як на виробництво, а й у торгівлю, експорт та імпорт будь-якої холодильної техніки, що містить озоноруйнівні речовини.
Російська Федераціяприйняла він зобов'язання, які з Монреальського протоколу про охорону озонового шару. Згідно з прийнятими рішеннями, R-502 заборонено до виробництва з 1 січня 1996 р. Для R-22 встановлено більш віддалені терміни - скорочення виробництва та використання з 2005 р. та повну заборону починаючи з 2020 р.
Для заміни R-502 і R-22 основними світовими виробниками хімічної продукції були розроблені та випускаються перехідні (з вмістом хлорфторвуглеводнів) та озонобезпечні (що складаються тільки з фторвуглеводнів) суміші холодоагентів.
До перехідних холодоагентів відносяться R-402, R-403B і R-408A, які можуть використовуватися в обладнанні, що діє. Більшість цих нових робочих речовин з'явилася сьогодні на російському ринку.
Озонобезпечні холодоагенти R-507, R-404A, R-134A можна рекомендувати як для роботи в новому обладнанні, так і для реконструкції низькотемпературних холодильних систем. Вони розроблені для заміни R-22 у діючому та випускаючому в даний час устаткуванні.
Для виробників все більш важким стає раціональний підбір холодоагенту стосовно конкретного об'єкта. Тому проблема використання як холодоагентів природних речовин, і в першу чергу аміаку, найбільш актуальна зараз у виробників холодильного обладнання.
Аміачні холодильні установки експлуатуються вже близько 120 років. У Росії переважна частина потреби у холоді для стаціонарних холодильників забезпечується саме аміачними холодильними установками.
У 90-х роках. і в Західної Європизначно розширилося використання аміаку, оскільки він:
Не руйнує озоновий шар,
Не має прямого впливу на глобальний тепловий ефект;
Має відмінні термодинамічні властивості;
Має високий коефіцієнт тепловіддачі при кипінні та конденсації;
Має високу енергетичну ефективність у холодильному циклі;
Має низьку вартість, виробництво його доступне, проблеми його займистості та токсичності сьогодні можна вирішити, що робить його привабливим для виробників холодильного обладнання.
Холодильні машини та агрегати. Холодильна машина є сукупністю механізмів, апаратів і приладів, послідовно з'єднаних у систему виробництва штучного холоду. Компактні, конструктивні поєднання окремих чи всіх елементів холодильної машини називають холодильним агрегатом.
По виду хладагента, що застосовується, розрізняють аміачні і хладонові холодильні агрегати. По конструктивним особливостям компресорів агрегати поділяють на відкриті та герметичні, а конденсаторів - з повітряним та водяним охолодженням.
Залежно від складу елементів, що входять до них, холодильні агрегати бувають компресорні, компpeccopно-конденсаторні, випарно-регулюючі, випарно-конденсаторні та комплексні агрегати. На підприємствах торгівлі застосовують компрессорно-конденсаторні агрегати і за охолодженні з допомогою теплоносія - испарительно-регулирующие агрегати.
Компресорно-конденсаторний агрегат складається з компресора, конденсатора (повітряного чи водяного охолодження), електродвигуна, приладів автоматики та допоміжних апаратів (ресивери, осушувачі, теплообмінники та ін.). Випарник-регулюючий агрегат - це конструктивне з'єднання випарника, допоміжної апаратури, регулюючої станції та приладів автоматики. Комплексні агрегати включають усі елементи холодильної машини.
Холодильні машини постачають окремо та в комплекті з торговельним холодильним обладнанням. У комплект обладнання входить вбудована випарна батарея та вмонтований або окремо упакований холодильний агрегат. Якщо агрегат призначений для установки поза обладнанням, у його комплект повинні входити мідні трубки для монтажу.
Для охолодження збірних камер, шаф, прилавків і вітрин застосовують холодильні холодильні агрегати холодопродуктивністю до 3 тис. ккал/год. Це в основному компресорно-конденсаторні агрегати, що розтануть на хладоні-12 і хладоні-22. Залежно від розташування електродвигуна та способу передачі механічної енергії розрізняють агрегати відкритого типу, а також герметичні.
У агрегати відкритого типу електродвигун монтується окремо від компресора, а передача механічної енергії здійснюється шківо-ременним механізмом.
Герметичні холодильні агрегати є найперспективнішими. Герметичність системи досягається за рахунок застосування зварного кожуха, скорочення кількості роз'ємних з'єднань та використання термостата замість реле тиску. У порівнянні з агрегатами відкритого типу герметичні мають значні переваги.
За рахунок об'єднання електродвигуна та компресора у вузол з єдиним ексцентриковим валом відпала потреба в Передаточному механізмі. Це дозволило скоротити масу та розміри компресора та агрегату, збільшити швидкість обертання валу до 3 тис. об/хв.
У герметичному агрегаті завдяки скороченню кількості роз'ємних з'єднань, відсутності сальників зменшився витік хладону, що дозволило скоротити його робочий запас у системі. Знизилася і експлуатаційна витрата холодоагенту, тому що відпала необхідність у періодичній дозаправці машин.
Охолодження обмотки електродвигуна потоком всмоктуються парів хладону дозволило підвищити навантаження на електродвигун, знизити його параметри, потужність, габарити та масу. Наприклад, при рівній холодопродуктивності номінальна потужність електродвигуна герметичного агрегату на 40% менше ніж агрегату відкритого типу. У зв'язку з цим значно знижується витрата електроенергії.
Герметичні агрегати мають важливу для магазинів, особливо торгових залів, якістю - відносно невисокий рівень шуму, що видається. Зниження розмірів агрегатів дозволяє раціональніше використовувати складську торгову площу, а також ємність торговельного холодильного обладнання.
Призначення та принцип дії окремих елементів герметичних машин дещо відрізняється від машин відкритого типу. Автоматичне керування роботою герметичної холодильної машини здійснюється не пресостатом (реле тиску), а термостатом (реле температури). Захист електродвигуна від перегріву та конденсатора від надлишкового тиску забезпечується тепловим реле компресора.
Нижче надається характеристика основних вузлів холодильних машин.
Холодильні агрегати ACL 88TN (рис 35) та АСР 12TN виконані на базі ліцензійних компресорів фірми Electrolux, мають невеликі розміри та низький рівень шуму. Призначені вони для встановлення у торговельне холодильне обладнання як вітчизняного, так і імпортного виробництва.
Мал. Холодильний агрегат ACL 88TN
Холодильні агрегати ВС 4000(2) та ВН 2000(2) - агрегати з компресорами спірального типу фірми Copeland (рис 36).
Застосування компресора спірального типу значно підвищило надійність виробу як у порівнянні з герметичними поршневими, так і з компресорами відкритого типу. Спіральний компресор не має клапанів і при правильній експлуатації не може заклинитися.
Холодильний агрегат ВН 2000(2) застосовується в низькотемпературних камерах об'ємом 12-14 м, де може забезпечити температуру до -18°С.
Холодильний агрегат ВС 4000 (2) призначений для охолодження середньотемпературних камер об'ємом 24-30 м3. Технічні характеристикихолодильних агрегатів наведено у табл.
Мал. Холодильний агрегат ВС 4000 (2)
Компресорно-конденсаторні установки серій SM MX з герметичним та напівгерметичним компресором рис 3 7), що мають внутрішній захист електродвигуна, електричним щитом управління, захищеним від впливу зовнішнього середовища, можуть встановлюватися поза приміщенням, на вулиці.
Технічні характеристики холодильних агрегатів
| ВН 2000(2) | BC 4000(2) | ACI 88 IN | ACP12TN | |
| Холодоагент | R22 | R22 | R22 | R22 |
| Діапазон температур кипіння холодоагенту, °С | -45 -15 | -25 -5 | -25 -5 | -25 -5 |
| Температура довкілля, °С | +5 +45 | +5 +45 | +5 +45 | +5 +45 |
| Холодопродуктивність при температурі кипіння холодоагенту 15°С (для ВН 2000(2) при -35°С) та температурі навколишнього повітря 20°С, Вт | 2010 | 4360 | 600 | 800 |
| Компресор | ZF09K4E Сореland | ZS21K4E Сореland | L88TN Electrolux | P12TN Electrolux |
| Електродвигун напруга, В. частота обертання об/хв | 380 3000 | 380 3000 | 220 3000 | 220 3000 |
| Габарити, мм | 860x560x610 | 860x560x610 | 440x380x255 | 440x380x255 |
| Maccа, кг | 90 | 90 | 30 | 30 |
Змонтовані у звукоізолюючому корпусі з оцинкованої сталі. Техніка серії SM та MX створює та підтримує температуру від 5 до -30 С.
Установки ефективно працюють у холодильних камерах на торгових підприємствах, а також широко застосовуються для охолодження складських приміщень.
Моноблок (рис 3 8) являє собою єдиний блок, що включає герметичний компресор, повітряний конденсатор, повітроохолоджувач і електронну панель управління. Моноблок встановлюють на збірних холодильних камерах з товщиною стінки не більше 120 мм, монтуючи його в отвір панелі камери на стінці або стелі.
Мал. Компресорно-конденсаторна установка
Рис 3 8. Моноблок
Спліт-система (рис. 3.9) – це повністю укомплектоване холодильне обладнання, що складається з двох роздільних частин. Застосовується для охолодження стаціонарних холодильних камер.
Мал. Спліт-система
Система автоматики забезпечує в холодильній камері підтримку необхідної температури, захист від аварійних режимів та періодичне відтавання охолоджувача повітря.
Все обладнання поставляється з моніторами захисту, що контролюють напругу електромережі живлення.
Працює від мережі з напругою 220 або 380, зберігає холод при температурі навколишнього повітря до 45°С,
Найбільшим у світі виробником компресорів холодопродуктивністю від 1 до 173 кВт для торговельного холодильного обладнання, кондиціювання повітря, теплових насосів є фірма Копланд (Copeland).
Герметичні поршневі компресори "Копланд" виробляються за специфікаціями, що забезпечують їх застосування в будь-якому. кліматичному поясі земної куліщо досягається завдяки широкому діапазону робочих напруг електродвигунів. Ці компресори виробляються для роботи на сертифікованих холодоагентах і високоякісних мастила відомих світових фірм у високотемпературному (вище 0°С), середньотемпературному (від 0°С до -15°С) та низькотемпературному (від -15°С до - 20°С) режими.
З використанням герметичних компресорів з'явилася і нова гама компресорно-конденсаторних агрегатів з повітряним охолодженням. Ця нова номенклатура, що приваблює багатьма своїми характеристиками, як стандартними, так і на прохання замовників, призначена для роботи з екологічно безпечними холодоагентами R-22 і R-134A. Вона володіє широким діапазоном продуктивності та високим енергетичним ККД. Всі агрегати мають безшумний і плавний хід.
Пропонуються дві основні гами агрегатів. Гамма HAN із звичайним розміром конденсатора застосовується з метою забезпечення:
Режиму стандартного зберігання, коли температура продукту, що закладається, не більше ніж на 10°С вище встановленої в сховищі температури;
Компактності та низької вартості;
Експлуатації в умовах нормальної температуридовкілля.
Гамма HAL з більш потужним конденсатором застосовується, коли:
Величина навантаження на агрегат часто і різко змінюється в часі (при періодичному завантаженні одночасно великих кількостей продукту або необхідності швидкого охолодження продуктів, наприклад молока);
Необхідно досягти високого енергетичного ККД, що забезпечує низькі експлуатаційні витрати;
Робота має бути в умовах підвищеної температури навколишнього середовища.
Безсальникові холодильні компресори "Копланд" поєднують у собі останні конструкторські розробки перевагами нових холодоагентів. Безсальникові компресори мають високу продуктивність, тривалий термін служби та широкий діапазон застосування (високо-, середньо- та низькотемпературний режим експлуатації).
Моделі DLH, D6C, Discus, а також двоступінчасті компресори мають пристрої підключення диференціального механічного реле тиску олії або електронний датчик системи захисту тиску олії Sentronic.
Всі безсальникові компресори здатні до прямого запуску. Можлива комплектація також електродвигунами з перемиканням електричного кола з "зірки" на "трикутник" під час пуску або з використанням частини обмотки для зменшення пускового струму. Для оптимальних умов пуску без навантаження може встановлюватись спеціальний пристрій на всіх моделях Discus, а також на моделях DLH.
Кожен компресор має пристрій захисту електродвигуна. В однофазних електродвигунах встановлено термореле захисту від навантаження. У трифазних електродвигуна в обмотку двигуна вбудовані терморезистори.
Устаткування для регулювання холодопродуктивності може застосовуватися для всіх одноступеневих 3-, 4-, 6- та 8-циліндрових компресорів. Для компресорів D3D розроблено систему зміни навантаження Moduload з особливо низьким споживанням електроенергії.
Для роботи у наднизькому діапазоні температур слід застосовувати моделі Discus із системою Demand Cooling, що дозволяє регулювати температуру нагнітання компресора шляхом упорскування в нього невеликої кількості рідкого холодоагенту. Завдяки системі Demand Cooling одноступінчастий компресор стає гарною альтернативою двоступінчастому. У разі коли температура кипіння холодоагенту в залежності від потреби повинна помітно змінюватися (наприклад, від -50°С до -20°С), більш економічно ефективною стає система Demand Cooling.
Фірма "Копланд" випускає також спарені (TWIN) компресори. Спарені компресори застосовуються для всіх двоступінчастих та Discus моделей, крім тих, у яких є система Demand Cooling. Основні переваги спарених компресорів: подвійна холодопродуктивність, знижена 50% модуляція холодопродуктивності і високий ККД навіть при частковому навантаженні.
На основі більшості моделей безсальникових компресорів випускаються компресорно-конденсаторні агрегати повітряного охолодження. Вони поставляються заправленими олією, повністю укомплектованими засобами автоматики та готовими до роботи. Додатково за бажанням замовника можна встановити: підігрівачі картера, регулятор швидкості обертання вентилятора (для регулювання температури конденсації), захисний кожух для зовнішньої установки, різні модифікації ресивера за величиною ємності.
Узгоджено-спіральний компресор "Копланд" є одним з найбільш досконалих герметичних компресорів, які застосовуються для кондиціювання повітря, роботи в режимі середньотемпературного охолодження та теплового насоса. Діапазон робочих температур кипіння спірального компресора від позитивних до -20°С.
Порівняно з поршневими герметичними або безсальниковими спіральні компресори мають такі суттєві переваги, як:
Висока надійність та підвищений термін служби завдяки меншій кількості деталей, що забезпечують стиснення холодоагенту;
Стійкість до перевантажень;
Низький рівень шуму внаслідок відсутності клапанів та зворотно-поступального руху деталей, а також високого ступеня узгодженості руху деталей завдяки запатентованому принципу Compliance;
Вищий коефіцієнт подачі холодоагенту у зв'язку з відсутністю "мертвого" простору;
Низький рівень вібрації внаслідок плавного, безперервного стискування;
Підвищена продуктивність, стабільність роботи компресора при попаданні в зону стиснення механічних домішок, продуктів зношування або рідкого холодоагенту;
Малі пусковий момент та пускові струми (пуск без навантаження), для однофазних моделей немає потреби у пусковому обладнанні;
Компактність та мала вага.
Холодильний коефіцієнт спірального компресора при роботі в стандартному європейському режимі кондиціювання повітря досягає значення 3,37 Вт проти 2,75-2,95 Вт у герметичного поршневого аналога.
На ринку обладнання з'явився низькотемпературний спіральний компресор типу Glacier, що ефективно і надійно працює при великих перепадах тиску. Він може працювати на хладонах R-22, R-404A, R-507, R-134A при температурах кипіння до -45°С.
Компресори "Копланд" всіх типів поставляються заправленими мінеральною олією для роботи R-22 або поліефірною олією для роботи на озонобезпечних хладонах або на R-22.
Спіральні компресори (рис. 3.10) призначені для застосування у кондиціонерах промислових, торгових та адміністративних будівель.
На ринку кліматичного обладнання особливий попит має продукція фірми Maneurop. Її компресори марки Performer, завдяки низькому рівнюшуму та високого ступеня надійності, задовольняють усі вимоги експлуатації та запити споживача.
Встановивши компресори попарно, три або чотири в ряд можна досягти продуктивності системи охолодження до 180 кВт.
Відмінною ознакою компресорів марки Performer є рухомого контакту між спіралями, який за допомогою двох запатентованих плаваючих ущільнень забезпечує досконалу осьову герметичність і зменшує напругу і деформацію.
Висока точність і сучасні машинні технології обробки доводять, що проста плівка масла - це те, що необхідно для точного ущільнення торців спіралі, зменшення контакту між частинами, що рухаються, зведення до мінімуму тертя між ними, збільшення об'ємної продуктивності та зменшення вібрації, що гарантує високі експлуатаційні якості компресора та подовжує термін його служби.
Мал. Спіральний компресор Performer фірми Maneurop
Перевагами спіральних компресорів марки Регformer є:
Вища ефективність. Контрольовані частини, що обертаються з плаваючими ущільненнями і вдосконаленою геометрією спіралей;
Мінімальний рівень шуму. Ефективна система балансування компресора та захист його від вібрації;
Підвищена надійність. Подовжений термін служби через відсутність тертя між спіралями та охолодження двигуна всмоктуваним холодоагентом;
Простота встановлення. У більшості моделей як стандартний варіант під'єднання використовуються штуцери під паяння твердим припоєм або патрубки з накидною гайкою. Пристрої захисту від зворотного обертання, як і захисту самого електродвигуна, є складовоюконструкції. Жодних додаткових пристроїв при встановленні компресора не потрібно;
Великий запас масла і більший обсяг холодоагенту, що заправляється, ніж у більшості інших компресорів, більш тривалий термін експлуатації.
Фірмовий колір фарбування компресорів синій.
Фірма Danfoss Maneurop працює над розширенням діапазону потужності з 3,5 до 25 л. та впроваджує нові холодоагенти. На додаток до розробок щодо озонобезпечних холодоагентів R-407C і R-134A і з метою боротьби за чистоту навколишнього середовища фірма Danfoss Maneurop почала використовувати холодоагент R-410A в компресорах потужністю від 3,5 до 6,5 к.с.
Виносне та централізоване холодопостачання
Традиційна схема холодопостачання торгових підприємств виконується з урахуванням окремих блоків, т. е. кожного споживача працює окрема холодильна установка.
Але оснащення магазинів холодильним обладнанням із вбудованими компресорами обертається додатковими витратами на встановлення кондиціонерів для відведення теплоприток у торговельні зали від вбудованих агрегатів.
Теплопритоки в торговельні зали від вбудованих в обладнання холодильних агрегатів призводять до зниження товарообігу та зростання непередбачених витрат.
Некомфортні для покупця умови (висока температура в торговому залі та високий рівень шуму, неприємні сторонні запахи) призводять до того, що він поспішає залишити магазин, що веде до зменшення товарообігу;
Некомфортні для продавців та обслуговуючого персоналу умови призводять до зниження якості обслуговування, отже, падає імідж підприємства та зменшується товарообіг;
Термін служби вбудованих агрегатів у 2-3 рази нижчий, ніж при використанні систем виносного хладопостачання та у 4-6 разів нижчий, ніж при використанні централей, внаслідок чого зростають виробничі витрати на обслуговування та заміну обладнання;
Робота компресорного обладнання в екстремальних умовах із гранично високою температуроюі тиском конденсації стає причиною частих виходів з ладу обладнання, а це веде до збитків від псування продуктів;
Додаткові витрати на кондиціювання збільшують на 20-30% загальні витрати підприємства на споживання енергії.
Набагато ефективніша за системухладопостачання, які обслуговують кількох споживачів, - виносне та централізоване хладопостачання.
Виносне холодопостачання є системою холодопостачання на базі автономних компресорно-конденсаторних агрегатів, що розташовуються в машинному відділенні, ізольованому від торгових приміщень. У цьому кожен агрегат може забезпечувати холодом кілька споживачів.
Централізоване холодопостачання (централь) є різновидом виносної системи холодопостачання. Є багатокомпресорним блоком з єдиним мікропроцесорним управлінням, як правило, на базі напівгерметичних поршневих або спіральних компресорів. Для середньотемпературних та низькотемпературних споживачів використовуються два роздільні контури.
В даний час такі установки набули найбільшого поширення у великих продовольчих магазинах та супермаркетах.
| Гіпермаркет ( торговий центр) | Супермаркет | Мінімаркет | |
| Загальна холодопродуктивність, кВт | |||
| у тому числі: за середньотемпературними споживачами (-10 °С) | |||
| за низькотемпературними споживачами (-15 °С) | |||
| Централь | Централь/компресорно-конденсаторні агрегати | Компресорно-конденсаторні агрегати |
|
| Середній термін служби, років |
При використанні системи централізованого холодопостачання суттєво знижуються не тільки експлуатаційні витрати, але й капітальні. І чим більше споживачів холоду, тим вигідніше використовувати централізоване холодопостачання.
Установка центрального холодопостачання дозволяє використовувати теплоту конденсації для потреб опалення та підігріву технічної води.
Залежно від холодопродуктивності та вимог до її регулювання вона має від 2 до 6 компресорів, включених паралельно та мають загальні системи нагнітання та всмоктування. Такий компресійний блок, ізольований від торгових та допоміжних приміщень, забезпечує холодом 20-25 кінцевих споживачів, з'єднаних з ним хладомагістралями.
Крім того, подібні системи проектуються з необхідним запасом потужності, що дозволяє проводити планове обслуговування та екстрений ремонт будь-якого холодильного агрегату без втрат холодопостачання обладнання. Раніше такі системи випускалися переважно виробниками престижних і дорогих торгових марок. В даний час центральний холод доступний ширшому колу споживачів.
Розрізняють середньотемпературні та низькотемпературні установки централізованих систем із сумарною холодопродуктивністю до 80 кВт. Ці системи дозволять народжувати безшовну лінію вітрин і до мінімуму знизити рівень шуму в торговому залі.
Схему централізованого холодопостачання див. на рис.
Винахід: у холодильній техніці Сутність винаходу: холод отримують шляхом стиснення та розширення холодоагенту на основі фтору. Як холодоагент використовують неорганічні гексафториди або їх суміші.
Винахід відноситься до холодильної техніки і може бути використане в газових енергохолодильних машинах і теплових насосах, що містять компресор і детандер переважно турбінного або відцентрового типу. З рівня техніки відомий спосіб отримання холоду в холодильній установці шляхом стиснення газоподібного холодоагенту в турбокомпресорі і розширення в турбодетандері (див. авт. св. СРСР N 169543, кл. F 25 B 11/00, 1965; авт. 3 7 кл. F 25 B 9/00, 1966;, авт.св., СРСР N 1433193, кл. F 25 B 9/00, 1990, авт.св., СРСР N 1778468, кл. Великобританії (N 2174792, кл. F 4 H 1986). При цьому як газоподібний холодоагент використовуються повітря, азот, водень, гелій, ксенон, фреони або суміші газів, як, наприклад, в авт.св. СРСР N 565052, кл. F 25 B 9/00, 1977; авт.св. СРСР N 802348, кл. F 25 B 9/00,1981. Найбільш близьким з відомих до винаходу є спосіб отримання холоду в холодильній установці шляхом стиснення газоподібного холодоагенту в турбокомпресорі і розширення в турбодетандері (див. авт.св. СРСР N 473740, кл. F 25 B 11/00, 1975), в якому як хладагента використовується суміш газів на основі сполук фтору, що містить октафторциклобутан ФС-318 (C 4 F 8) та дифторхлорметан Ф-22 (CHClF 2). Однак, цей холодоагент надає екологічно несприятливий вплив на озоновий шар. Винахід спрямовано на розширення вибору газоподібних холодоагентів для енергохолодильних машин або теплових насосів з високою теплоємністю, що забезпечують підвищення холодопродуктивності та зниження масогабаритних параметрів турбомашин, що використовуються як компресор і розширювач (детандер) при переважно отриманні холоду. Рішення поставленої задачі забезпечується тим, що в способі отримання холоду в холодильній установці шляхом стиснення газоподібного холодоагенту на основі сполук фтору в турбокомпресорі та розширення в турбодетандері як холодоагент використовуються неорганічні гексофториди або їх суміш. Використання важких неорганічних гексофторидів в якості холодоагенту при розширенні вибору робочого середовища для забезпечення різних режимних параметрів холодильної машини або теплового насоса дозволяє збільшити холодопродуктивність через їх високу теплоємність і щільність і знизити габарити турбокомпресора і турбодетандера за світло можливості роботи. При реалізації способу незалежно від схемного виконання конкретної холодильної установки або теплового насоса робочого контуру циркулює в газоподібному стані неорганічний гексофторид, наприклад XeF 6 ; WF 6; MoF 6; UF 6 або суміш зазначених газів. Конкретний вид сполуки гексофториду при цьому визначається залежно від оптимального поєднання необхідних режимних параметрів із теплофізичними властивостями хладагента розрахунковим шляхом.
формула винаходу
Спосіб отримання холоду в холодильній установці шляхом стиснення газоподібного холодоагенту на основі сполук фтору та його розширення, який відрізняється тим, що як холодоагент використані неорганічні гексафториди XeF 6 , WF 6 , MoF 6 , UF 6 або їх суміші.
Схожі патенти:
Винахід відноситься до галузі холодильної техніки, зокрема до турбокомпресорних установок і може бути використане для охолодження або заморожування різної продукції, як у стаціонарних умовах, так і на транспортних засобах, наприклад, на судах
Винахід відноситься до техніки компремування газів, а більш конкретно до компресорами для стиснення парів холодоагенту та газів, з високими кінцевими температурами кінця стиснення, і призначеними для роботи у складі промислових компресорних цехів у всіх областях використання штучного холоду та компремування повітря та інших газів
Винахід відноситься до холодильної техніки, а більш конкретно до способів охолодження (установок для їх здійснення та розподільних колекторів таких установок), при яких різні продукти або вироби, що знаходяться в замкнутому об'ємі, охолоджують за допомогою кріогенної рідини, що подається в даний обсяг, нагрівається, випаровується і утворює з газовим середовищем, що знаходиться в цьому обсязі різні циркуляційні контури, що омивають вміщені в обсязі продукти або вироби
Фізична природа тепла та холоду однакова, різниця полягає лише у швидкості руху молекул та атомів. У більш нагрітому тілі швидкість руху більша, ніж у менш нагрітому. При підведенні до тіла тепла рух зростає, при відібранні тепла зменшується. Таким чином, теплова енергіїє внутрішня енергія руху молекул та атомів.
Охолодження тіла - це відведення від нього тепла, що супроводжується зниженням температури. Найпростіший спосіб охолодження - теплообмін між тілом, що охолоджується, і навколишнім середовищем - зовнішнім повітрям, водою, грунтом. Але цим способом, навіть при найдосконалішому теплообміні, температуру тіла, що охолоджується, можна знизити тільки до температури навколишнього середовища. Таке охолодження називається природним. Охолодження тіла нижче температури навколишнього середовища називається штучним. Для нього використовується прихована теплота, що поглинається тілами при зміні їхнього агрегатного стану.
Існує кілька способів одержання штучного холоду. Найпростіший із них – охолодження за допомогою льоду, танення якого супроводжується поглинанням досить великої кількості тепла. Якщо теплопритоки ззовні малі, а поверхня льоду, що теплопередає, відносно велика, то температуру в приміщенні можна знизити майже до 0˚С. Практично в приміщенні, що охолоджується льодом, температуру повітря вдається підтримувати лише на рівні 5 -8?
При охолодженні водяним льодом відбувається зміна його агрегатного стану - плавлення. Холодопродуктивність, або здатність охолоджувати чистого водного льоду, називається питомою теплотою плавлення. Вона дорівнює 335 кДж/кгградус.
Водний лід застосовується для охолодження та сезонного зберігання продовольчих товарів, овочів, фруктів у кліматичних зонах із тривалим холодним періодом, де у природних умовах у зимовий період його легко можна заготовити.
Водний лід як охолодний засіб застосовується в спеціальних льодовиках і на крижаних складах. Льодовики бувають з нижнім завантаженням льоду (льодовик – льох) і з бічної – кишенькового типу.
Крижане охолодження має суттєві недоліки: температура зберігання обмежена температурою танення льоду (зазвичай температура повітря на крижаних складах 5-8 ºС), у льодовик необхідно закладати кількість льоду достатню на весь період зберігання і додавати при необхідності значні витрати на заготівлю та зберігання водного. льоду; великі розміри приміщення для льоду, що перевищують приблизно 3 рази розміри приміщення для продуктів; значні витрати на дотримання необхідних вимог, що пред'являються до зберігання харчових продуктів і відведення талої води.
Льодосоляне охолодження проводиться із застосуванням подрібненого водного льоду та солі. Завдяки додаванню солі швидкість танення льоду збільшується, а температура танення льоду опускається нижче. Це тим, що додавання солі викликає ослаблення молекулярного зчеплення і руйнування кристалічних решіток льоду. Танення льодосоляної суміші протікає з відбором тепла від навколишнього середовища, в результаті чого повітря охолоджується і температура його знижується. З підвищенням вмісту солі в льодосоляній суміші температура плавлення її знижується. Розчин солі з найнижчою температурою танення називається евтектичним, а температура її танення – кріогідратною точкою. Кріогідратна точка для льодосоляної суміші з кухонною сіллю (Н 2 О – NaCl) – 21,2 ºС при концентрації солі в розчині 23,1 % по відношенню до загальної ваги суміші, що приблизно дорівнює 30 кг солі на 100 кг льоду. При подальшому підвищенні концентрації солі відбувається не зниження, а підвищення температури танення льодосоляної суміші (рис. 5.1).
Рисунок 5.1 – Залежність температури твердіння розчину від концентрації солі у воді.
Евтектичний розчин застосовують для зероторного охолодження. Для цього в зеротори – наглухо запаяні форми заливають евтектичний розчин кухонної солі та заморожують їх. Заморожені зеротори використовують для охолодження прилавків, шаф, переносних сумок, що охолоджуються, - холодильників і т.д.
Охолодження сухим льодом полягає в властивості твердої вуглекислоти сублімувати, тобто. при поглинанні тепла переходити з твердого стану газоподібне, минаючи рідкий стан. Фізичні властивості сухого льоду такі: температура сублімації при атмосферному тиску – 78,9 ºС, теплота сублімації 574,6 кДж/кг.
Сухий лід має такі переваги в порівнянні з водним:
Можна одержувати нижчу температуру;
Охолоджувальна дія 1 кг сухого льоду майже вдвічі більша, ніж 1 кг водного льоду;
При охолодженні не виникає вогкості, крім того, при сублімації сухого льоду утворюється газоподібна вуглекислота, яка є консервуючим засобом, що сприяє кращому збереженню продуктів.
Сухий лід застосовується для перевезення заморожених продуктів, охолодження фасованого морозива, заморожених фруктів та овочів. Отримують сухий лід штучним шляхом на вуглекислотних заводах, зберігають його у спеціальних контейнерах із посиленою теплоізоляцією.
Отримання штучного холоду за допомогою льоду, а також за допомогою сумішей, що охолоджують, має суттєві недоліки: трудомісткість процесів заготівлі льоду, його доставки, труднощі автоматичного регулювання, обмежені температурні можливості.
Термоелектричне охолодження засноване на ефекті Пельтьє (відкритий Жаном Пельтьє в 1834 р.), сутність якого полягає в тому, що під впливом проходить електричного струмупо ланцюгу з двох різних провідників або напівпровідників на спаях з'являються різні температури (рис. 5.2). Якщо температура холодного спаю нижче температури навколишнього середовища, його можна використовувати як охолоджувач. Значну різницю температур на спаях дають пари, складені з напівпровідників, виготовлених із з'єднань вісмуту, сурми, селену з додаванням невеликої кількості присадок.
Рисунок 5.2 – Принципова схема термоелектричного охолодження.
Перевага термоелектричного охолодження - відсутність рухомих частин, робочого тіла, безшумність, надійність і довговічність роботи, недолік - велика витрата електроенергії. Термоелектричні охолоджувальні пристрої використовуються в деяких типах холодильних шаф та барів, що охолоджуються.
Враховуючи недоліки всіх вищевикладених способів охолодження найбільш поширеним і зручним в експлуатаційному відношенні способом охолодження є машинне охолодження.
Машинне охолодження – спосіб отримання холоду за рахунок зміни агрегатного стану холодоагенту, кипіння його при низьких температурах з відведенням від тіла, що охолоджується, або середовища необхідної для цього теплоти пароутворення. Для подальшої конденсації парів холодоагенту потрібне попереднє підвищення їх тиску та температури.
Широке застосування машинного охолодження у торгівлі пояснюється рядом його експлуатаційних властивостей та економічних переваг: автоматична підтримка постійної температуризберігання залежно від виду продуктів, висока питома вага використання корисної ємності для охолодження, незначні витрати на експлуатацію, технічне обслуговування та ремонт, зручність використання та санітарної обробки.
Комплекс механізмів та апаратів, що здійснюють холодильний цикл, називається холодильною машиною. На підприємствах торгівлі використовують компресійні холодильні машини, у яких пари холодоагенту піддаються стиску в компресорі з витратою механічної енергії.
