Безмашинні холодильні установки

Лекція 9. Безмашинні холодильні установки.

План.

1. Крижане охолодження.

2.  Льодогенератори та льодозаводи.

3.  Системи льодосоляного охолодження.

4.  Охолодження сухим льодом.

         1. Конспект лекції

               Крижане охолодження.

Лід як джерело холоду людина використає із давніх часів. І сьогодні, незважаючи на розвиток машинного холоду, крижане охолодження широко застосовується в різних областях техніки і галузях народного господарства. Цьому сприяє як доступність льоду, так і його властивості — більша прихована теплота плавлення і досить низька температура льоду, що тане.

Перевагами пристроїв для крижаного охолодження є: простота конструкції, низька вартість і відсутність витрат на електроенергію. Водний лід при нормальному атмосферному тиску володіє наступними основними фізичними властивостями:

температура танення                          0°С

теплота плавлення                              335 кДж/кг (80 ккал/кг)

теплоємність                                        2,1 кДж/(кг· °С)   [0,5 ккал/кг°С)]

теплопровідність   (у середньому)       2,2 Вт/(м·°С) [2 ккал/(м·год·°С)]

щільність монолітного масиву              917 кг/м³

(без пустот)

При температурі танення льоду 0° температура повітря в охолоджуваних пристроях підтримується звичайно близько 6°С. Більш низькі температури часто і не потрібні, наприклад, для охолодження й короткочасного зберігання продуктів, які швидко псуються.

Охолодження льодом зумовлене тепловіддачею охолоджуваного середовища до поверхні льоду. При цьому температура його плавлення повинна бути нижче температури охолоджуваного середовища. Кількість теплоти Q_л (у кДж), що може бути відведена за допомогою льоду і крижаної води, дорівнює

Q_л = Q_нл + Q_тл +Q_нв = с_лGt_л + q_плG+ с_вGt_в ,

деQ_нл — теплота, витрачена   на нагрівання   льоду   від   температури t_л  до 0°С;

Q_тл — теплота, що споживається  для плавлення льоду;

Q_нв — теплота, необхідна для нагрівання крижаної води до температури t_в ;

 с_л,, с_в— масові теплоємності льоду і води, кДж/(кг·К); G — маса льоду (води), кг;

q_пл— прихована теплота плавлення льоду, кДж/кг.

Крижане охолодження здійснюють трьома способами: безпосереднім охолодженням, з використанням води як проміжного теплоносія і з використанням повітря як проміжного теплоносія.

Безпосереднє охолодження водним льодом. У цьому випадку охолоджуваний об'єкт перебуває в прямому контакті з льодом. Використовують дроблений мілкошматковий лід, що має більшу поверхню теплообміну (до 30 м² на 1 м³ льоду до дроблення). Дроблений лід поміщають навколо охолоджуваного об'єкта або, якщо це можливо, об'єкт пересипають льодом. Такий спосіб охолодження застосовують при зберіганні деяких овочів і зелені.

Охолодження з використанням води як проміжного теплоносія. Цей спосіб охолодження здійснюється шляхом використання льоду для одержання крижаної води і охолодження нею об'єкта. Вода при цьому циркулює від охолоджуваного об'єкта до льоду і назад. Вона може безпосередньо контактувати з льодом або через стінки теплообмінника, наприклад, змієвикового або пластинчастого типу. Коефіцієнт тепловіддачі від води до поверхні льоду 116 Вт/(м²·К). Такий спосіб охолодження використовують у молочній промисловості.

Охолодження з використанням повітря як проміжного теплоносія (при природному або механічному його переміщенні). Цей спосіб заснований на відводі теплоти від охолоджуваного об'єкта до повітря, а від нього — до льоду. При природній циркуляції повітря лід може розташовуватися в ємностях — кишенях, що мають щілини або гофроване огородження для збільшення поверхні теплообміну. Коефіцієнт тепловіддачі до поверхні льоду при природній циркуляції можна прийняти 7 Вт/(м²·К). У випадку примусової циркуляції повітря, створюваної вентилятором, повітря проганяється через шар дробленого льоду. Теплообмін у цьому випадку значно інтенсифікується. Коефіцієнт тепловіддачі зростає до 17 Вт/(м²·К). Такий спосіб охолодження можна використати в тих випадках, коли необхідно при високій відносній вологості повітря (95 %) одержати температуру, починаючи з 5 °С и вище.

Типи і будова лідників.

Лідники - це стаціонарні пристрої для охолодження і короткострокового зберігання   продуктів із запасом льоду на весь сезон.

Лідник має холодильні камери, приміщення для льоду і допоміжні приміщення. Приміщення для льоду по відношенню до холодильної камери розташовують по-різному. Тому розрізняють лідники з нижнім, верхнім і бічним розташуванням льоду.

Лідники з нижнім розташуванням льоду є самими примітивними і недосконалими холодильними пристроями, і тому даний тип лідників нераціональний.

У лідниках з верхнім розташуванням льоду забезпечується гарна циркуляція повітря і відвід талої води. Холодне повітря опускається в камеру із продуктами, звідки витісняє отеплене повітря, що направляється нагору, де охолоджується льодом. Вода від танучого льоду стікає по відвідній трубі.

Цей тип лідників має багато істотних недоліків. Основні з них: незручність набивання льодом; необхідність міцного перекриття, здатного втримувати всю масу льоду; можливість конденсації на перекритті вологи з повітря, яка потім попадає на продукти.

Найбільш досконалі в технічному відношенні і зручні в експлуатації лідники з бічним розташуванням льоду.