1.4 Промислові технології із застосуванням холоду

Холодильні установки являють собою комплекс з холодильними машинами, апаратами та спорудами, призначений для одержання, тран- спортування й використання штучного холоду в технологічних процесах у харчовій, хімічній, металургійній, гірничій, нафтовій, газовій і меди- чній промисловості. Холодильні установки використовують також для акумулювання, транспортування й зберігання вторинних енергоре- сурсів.

Кожна холодильна установка, крім основних (обов’язкових) еле- ментів – компресора, випарника, конденсатора і дроселюючого органу (терморегулювальний вентиль ТРВ), має і допоміжні апарати й меха- нізми, а також запірну й регулюючу арматури та з’єднувальні трубо- проводи. Обов’язкові елементи забезпечують здійснення зворотного термодинамічного циклу, а допоміжне устаткування необхідне для створення умов тривалої й безперебійної роботи холодильної установки, полегшення регулювання робочого процесу, підвищення економічності роботи установки.

Сучасні холодильні установки дозволяють відводити тепло при будь-яких температурах, навіть близьких до абсолютного нуля, та в таких кількостях, які забезпечують потреби народного господарства й наукових досліджень.

Холод до 120 К, що отримують у холодильних установках, вико- ристовується для різних цілей, як от [5-7]:

– у сільському господарстві й харчовій промисловості – при заготівлі й переробці сировини, що швидко псується, виробництві й зберіганні продуктів, а також при сублімаційному сушінні;

– у торговельній мережі, на підприємствах громадського харчуван- ня та у побуті – для зберігання та транспортування харчових продуктів;

– на виробництві та у побуті – для кондиціювання повітря у вироб- ничих, громадських та житлових приміщеннях, тобто для підтримки умов, що забезпечують вимоги технологічного процесу й сприятливо позначаються на самопочутті людей;

– у техніці водопостачання – для процесу опріснення морської та засоленої води;

– на залізничному й автомобільному транспорті – при перевезенні продуктів, що швидко псуються;

– у морському й річковому флоті – для заморожування та зберіган- ня риби та морських тварин;

– у медичній, біологічній та фармацевтичній галузях промисловості – при виробництві й зберіганні біологічних продуктів, а також при виготовленні ліків, що містять летучі речовини (пеніцилін, стрептоміцин, ефір, хлороформ та ін.);

– при виробництві штучного волокна й пластмас – для підтримки заданої температури процесу;

– у парфумерній промисловості – для зберігання квітів і арома- тичних речовин;

– у гірській промисловості – при проходженні шахт та при будівництві гребель, підземних споруд і тунелів, для заморожування водоносних ґрунтів та пливунів;

– у медицині – для загального охолодження при використанні гіпотермії;

– у спорті – для створення штучних крижаних ковзанок.

У багатьох галузях науки й промисловості застосовуються більш низькі температури (нижче 120 К), які забезпечуються кріогенними установками, у тому числі:

– у металургії – для інтенсифікації процесів при плавленні сталі, а також виплавки чавуну, феросплавів та кольорових металів за допомогою збагачення дуття киснем, який отримують при низькотемпературній ректифікації повітря. У металургії також використовують технічний кисень (газоподібний і рідкий) та інші продукти ректифікації повітря, зокрема, аргон, – для виділення домішок і плавки в інертному середовищі;

– у машинобудуванні – для одержання шляхом низькотемпе- ратурної ректифікації кисню й інертних газів, необхідних для різання й зварювання металів. Обробка сталі холодом збільшує її твердість і зносостійкість, а також підвищує тягучість при тонкому волочінні. Низькі температури використовуються також при дробленні грузлих матеріалів і для створення натягу при сполученні деталей;

– у хімічній промисловості – при поділі газових сумішей, зокрема повітря, для одержання кисню й азоту, для витягу дейтерію з технічного водню. Криотемператури використовуються також для конденсації пари, осушення газів, поділу складних розчинів, кристалізації солей, регулювання напрямку й швидкості хімічних реакцій, зберігання низькокиплящих рідин;

– у газовій промисловості – для поділу газових сумішей, зокрема виділення гелію, а також для одержання, зберігання й транспортування охолоджених і рідких природного та інших газів;

– у авіації й космонавтиці – для одержання палива (наприклад, рідкого водню) і окислювачів (наприклад, рідкого кисню), а також для забезпечення киснем людей, що працюють на великій висоті й у космосі;

– у медицині – для хірургічного лікування різних захворювань шляхом деструкції біологічних тканин при низьких температурах (криомедицина);

– у науково-дослідних установах і лабораторіях – для підтримки низької температури досліджуваних тіл, створення глибокого вакууму (аж до космічного), виготовлення приладів та установок для фізичних досліджень, у тому числі таких, як прискорювачі елементарних часток, “токамаки” і ін.

Трансформатори тепла, у яких здійснюються теплонасосні й комбі- новані процеси, мають поки що відносно обмежене застосування.

У сучасних умовах теплові насоси доцільно використовувати для опалення й гарячого водопостачання у районах, що мають низькопо- тенційні джерела тепла. Крім того, вони можуть знайти застосування у районах з жарким кліматом, як установки для теплопостачання в опа-лювальний період та як холодильні установки в літній період для охолодження повітря. Трансформатори тепла використовуються так само в технологічних установках хімічної, харчової та інших галузях промисловості, де є процеси ректифікації, сушіння, сублімації й ін., пов’язані з підігрівом до температур не вище 400-500 К.

Комбіновані трансформатори тепла використовуються в тих випад- ках, коли економічно вигідне сполучення нагрівання й охолодження в одній системі.