48. Способи штучного охолодження. Характеристика теплообмінних апаратів холодильних машин.

Охолодження широко застосовується в громадському харчуванні для збереження швидкопсувних харчових продуктів, напівфабрикатів та готових страв, приготування різних видів охолоджених і заморожених виробів і створення мікроклімату.

Розрізняють природне та штучне охолодження. Охолодити нагріте тіло природним шляхом можна лише до температури навколишнього середовища, в якому перебуває тіло. Досягти менших температур можливо штучним способом за допомогою холодильних машин. Холодильна машина знижує температуру тіла відносно навколишнього середовища та підтримує її впродовж тривалого часу в умовах незначного запасу робочої речовини.

Охолодження відбувається за допомогою робочого тіла або холодильного агента, який відбирає теплоту Q₀ з охолоджуваного об'єму. Кількість Q₀ залежить від зовнішнього притоку теплоти Т.

Для отримання низьких температур застосовують процеси, які супроводжуються поглинанням теплоти:

- фазовий перехід речовини (плавлення, кипіння, сублімація);- адіабатичне дроселювання газу (ефект Джоуля-Томсона);- вихровий ефект Ранка-Хільша;

- термоелектричний ефект Пельєтьє.

Для охолодження за допомогою плавлення використовують водяний лід.

Машини, в яких для отримання холоду використовується процес кипіння рідини, називаються паровими холодильними машинами. Вони можуть працювати з витратою механічної енергії (компресійні холодильні машини) або з витратою теплоти (абсорбційні холодильні машини).

Найбільш поширеним видом холодильних машин є парові компресійні. У парових холодильних машинах робочою речовиною (тілом) є легкокіпящіе рідини, які при здійсненні холодильного циклу змінюють агрегатний стан, перетворюючись з рідини в пару і назад.

Найпростіша парова компресійна холодильна машина складається з чотирьох основних елементів, які забезпечують отримання холоду: компресора, конденсатора, дросельного пристрої (регулюючого вентиля) і випарника. При відсутності будь-якого з цих елементів цей процес неможливий.

Теплообмін між твердими тілами і газами або рідинами, які мають різні температури, може відбуватися трьома різними способами: випромінюванням, теплопровідністю і конвекцією.

При випромінюванні тепло передається від одного тіла до іншого за допомогою електромагнітних хвиль, без прямого контакту між випромінюючим і що поглинає тілами. При теплопровідності тепло поширюється усередині тіла від частинки до частинки, причому ці частки залишаються нерухомими. При конвекції перенесення тепла здійснюється рідкої або газоподібної середовищем до твердого тіла або навпаки. Як правило, ці три механізми діють одночасно.

У холодильних машинах теплообмін здійснюється теплообмінними апаратами, що складаються з теплообмінників і вентиляторів. Застосовуються два види теплообмінників; випарники і конденсатори.

Випарник - це теплообмінник, в якому тепло передається від охолоджуваного середовища до охолодному речовині, циркулюючому в холодильному контурі.

Охолоджувальне речовина - це рідина або газ, які можуть бути у вигляді:

•холодоагенту, якщо необхідно отримати низькі позитивні або негативні температури;•розсолу - для отримання низьких температур;•води (або іншої незамерзаючої рідини) - для охолодження до температур позитивних, але близьких до 0 "С.

Конденсатор - це теплообмінник, в якому обмін теплом здійснюється між холодоагентом і охолоджуючої середовищем, яка може бути рідкою (вода) або газоподібної (повітря). Як правило, в конденсаторі відбуваються процеси охолодження перегрітої пари, конденсації і переохолодження. Теплова енергія, що віддається конденсатором, складається з тепла, поглиненого випарником, і тепла, що виробляється компресором при стисненні холодоагенту. Тепло, що виділяється конденсатором, приблизно на 30-35% більше продуктивності холодильної машини.

У центральних кондиціонерах застосовуються теплообмінники "фреон-повітря", "рідина-повітря" та "повітря-повітря". Останні дозволяють використовувати тепло (холод) потоку повітря, що видаляється з приміщення, для зміни температури свіжого повітря, що подається в приміщення. Такі теплообмінники називаються теплоутилізаторами і поділяються на три типи:

• перекрестнопоточние (рекуперативні);• обертові (регенеративні);• з проміжним теплоносієм.

У чиллерах використовуються пластинчасті теплообмінники "холодоагент-жідкоеть" і "рідина-рідина".

До основних технічних характеристик теплообмінних апаратів відносяться:

• продуктивність при заданому температурному напорі, Вт;• площа теплопередающей поверхні, мг;• маса, кг;• габаритні розміри, м;• рівень шуму (з урахуванням шуму вентиляторів), дБ;• надійність.

Акустичні характеристики особливо важливі для теплообмінних апаратів з примусовим рухом повітря. Іноді шуми теплообмінного апарату сумірні з шумами компресора.

Надійність холодильних машин багато в чому залежить від якості виготовлення теплообмінників. Теплообмінні апарати часто стають причиною відмови холодильної машини за витоків фреону в місцях неякісної пайки або місцях з'єднань.

Ефективність теплообмінних апаратів оцінюють за допомогою таких показників:

• коефіцієнт теплопередачі, Вт / (м2-К);• питома теплова навантаження, Вт/м2;

• гідравлічний опір, Па;• питома матеріаломісткість, кг / Вт;• питома габаритний об'єм (ставлення твори габаритних розмірів до продуктивності), м3/кВт.

За процесам, що відбуваються всередині випарника, поділяють випарники з перегрівом (сухі випарники) і затоплені випаровувачі.

У випарниках з перегрівом випаровування холодоагенту відбувається таким чином, що кількість рідкого холодоагенту, що подається у цей випарник, в точності відповідає тій кількості, яке може в ньому випаруватися. Регулювання кількості холодоагенту у випарнику проводиться теплорегулюючі вентилем за величиною перегріву холодоагенту на виході випарника. У випарниках з перегрівом в кожній трубці всмоктуючого колектора або під фреонової магістралі безпосередньо на виході випарника необхідно встановлювати маслопод'емную петлю.