Льдосоляное охлаждение

При охлаждении льдом температура воздуха в охлаждаемой части холодильного устройства может достигать не ниже 4°С. Используя лед, нетрудно получить температуры и ниже 4°С и даже ниже 0°С этой целью к дробленому льду добавляют соль и получают льдосоляную охлаждающую смесь с температурой таяния ниже 0°.

Холодильные устройства, в которых для получения холода используют такую смесь, называют устройствами льдосоляного охлаждения.

Температура таяния льдосоляной смеси и образующегося при этом рассола зависит от химического состава и содержания соли; для различных солей эта зависимость разная. Однако при увеличении содержания любой соли в смеси температура таяния понижается. Но это понижение происходит до определенного предела (криогидратной точки). Для поваренной соли такой предел наступает при концентрации 23,1%, называемой эвтектической. Температура таяния смеси в этом случае понизится до -21,2°С; дальнейшее увеличение количества соли вызовет не понижение, а повышение температуры таяния. Для соли хлористого кальция эвтектическая концентрация равна 29,9%, а соответствующая температура плавления льдосоляной смеси -55°С.

К устройствам с ледяным и льдосоляным охлаждением относят ледники, рассмотренные ранее, ледяные склады, холодильники с решетчатыми карманами и металлическими баками, а также холодильники с циркуляцией рассола. Известно несколько способов льдосоляного охлаждения; непосредственно смесью, рассолом, воздухом.

Ледяные склады. Ледяной склад Крылова.

Л едяной склад является холодильником, построенным из льда путем его намораживания. В таком холодильнике лед используется не только как аккумулятор холода и, следовательно, средство для охлаждения, но и как строительный материал, поскольку все основные строительные элементы здания выполнены из льда. Лед оказывается хорошим строительным материалом, если он работает на сжатие. В этих складах продукты защищаются от действия высоких температур в теплое время года и от низких температур зимой. Его преимущества: низкие капитальные затраты. Срок службы складов 5-8 лет. При строительстве склада предварительно (в теплое время года) откапывают котлован глубиной 0,8-1,2 м на площади, соответствующей размерам будущего склада. Зимой в котловане послойно намораживают ледяную плиту — фундамент. Для возведения стен и сводчатого потолка на ледяную плиту ставят опалубку и послойно намораживают лед. Боковые стены и сводчатый потолок намораживают толщиной 2 м, а торцевые и внутренние стены — до 3 м, поскольку на них опираются своды. Покрытие склада делают сводчатым (с пролетом 4-6 м), так как в арочной конструкции материал работает на сжатие. Обычно склад имеет продольный коридор, по сторонам которого находятся камеры площадью по 25-35 м². В каждой камере может храниться до 20 т грузов.

1 – ледяной массив; 2 – тамбур; 3 – земляная насыпь; 4 – изоляция; 5 – прибор льдосоляного охлаждения; 6 – ниша приборов охлаждения; 7 – полог; 8 – камеры; 9 – коридор.

В складе Крылова изоляционный материал при укладке обильно увлажняется водой и промораживается. В теплое время года теплота, идущая от наружного воздуха к ледяному массиву, задерживается внутри промороженного изоляционного материала и целиком в нем поглощается, так как за счет этой теплоты происходит таяние льда в изоляции. Поэтому нулевая изотерма при достаточной толщине промороженного слоя изоляционного материала до конца теплого сезона не подойдет к поверхности ледяного массива, что исключает возможность теплопритока к этой поверхности, поскольку ее температура тоже 0 °С. В зимнее же время оттаявший слой изоляции вновь промерзает. Слой промороженной изоляции покрывают тонким слоем сухой изоляции, а затем дерном. Так как температура внутри склада должна быть не выше - 1...-0,5 °С, то для охлаждения применяют льдосоляную смесь. Соответствующие охлаждающие приборы устанавливают в нишах, вырубленных в стенах склада. При помощи льдосоляного охлаждения в складе может поддерживаться температура до -6 °С, а в северных районах — до -12 °С. Идею, положенную в основу работы изоляции склада Крылова, используют и для изоляции временных льдохранилищ с целью уменьшить таяние заготовленного льда.

Холодильники с решетчатыми карманами. В настоящее время применяют в основном один из этих способов охлаждения - льдосоляной смесью, загружаемой в специальные металлические резервуары (танки) или решетчатые карманы, размещенные в камерах с продуктами (рис. 6, 7).

Р ис. 6. Льдосоляной холодильник с решетчатыми карманами:

1 - холодильная камера, 2 - тамбур, 3 - подсобное помещение, 4 - решетчатый карман для льдосоляной смеси, 5 - люк для загрузки льда и соли, 6 - желоб для сбора рассола, 7 - труба для отвода рассола.

К арманы загружают льдом и солью через люк 5 в перекрытии. Ограждение карманов 4выполняют в виде жалюзи. Воздух проходит по щелям в карманах, соприкасаясь с льдосоляной смесью и охлаждается до -10…-12⁰С. Для улучшения циркуляции воздуха нередко перед карманом устанавливают направляющий щит. Под карманом располагают поддон для сбора образовавшегося рассола и отвода его в канализацию (6 и 7). На рисунке 7: 1 – люк; 2 – направляющий щит; 3 – ящик-карман; 4 – поддон для сбора рассола.

Поверхность льда в решетчатых карманах непостоянна и уменьшается по мере таяния смеси. Для создания равномерной концентрации по высоте рекомендуется нижнюю треть объема кармана загружать чистым льдом, середину – смесью льда с 40% примешиваемой соли и верхнюю треть – смесью льда с оставшимися 60% соли.

Холодильники с металлическими баками.

б ) с пристенными баками; в) с потолочными баками.

Приборами охлаждения в холодильниках служат баки из оцинкованной стали толщиной 2 мм, загруженные льдосоляной смесью. Баки 1 могут быть пристенные и потолочные. В них предусмотрена переливная труба 2 для поддержания постоянного уровня заполнения рассолом и постоянной поверхности охлаждения. Для лучшей циркуляции воздуха устанавливают щиты 3. Рассол из баков выпускают через сливную трубу 4. Охлаждение с помощью баков имеет недостатки: коррозия стальных стенок бака и возможность протечки рассола, образование инея на поверхности баков. При сетные и решетчатые карманы занимают полезную площадь (примерно 25%), а потолочные – полезную высоту камеры.

Холодильники с циркуляцией рассола.

Камеры охлаждаются холодным рассолом, образовавшимся при таянии льдосоляной смеси в отдельно стоящем баке. Вынесенные за пределы холодильных камер емкости для соляной смеси позволяют более рационально использовать их объем.

Циркуляция рассола в этих системах льдосоляного охлаждения бывает принудительная и естественная.