Светотехн. и электротехн (курс лекций)

Рис. 30. Схема активного вентилирования зерна в закромах:

1 — закром с зерном; 2 — воздухораспределительный канал; 3—агрегат подогрева и подачи воздуха.

Электрические пастеризаторы.

Молоко, как источник высококачественных жиров, белков, углеводов, витаминов, минеральных веществ, является ценнейшим продуктом питания для человека. Однако оно служит и хорошей питательной средой для различных микроорганизмов: молочнокислых и маслянокислых бактерий, кишечной палочки, а также патогенной микрофлоры (туберкулезные палочки, бруцеллезные вирусы и др.).

Для подавления микрофлоры прибегают к тепловой пастеризации молока, которая состоит в нагреве до температуры 65—85 °С и выдержке от 30 мин до 10 с в зависимости от температуры. Зависимость между температурой пастеризации t и необходимой выдержкой определяется уравнением

ln 36,84 0,48t

Режим пастеризации должен обеспечить подавление патогенных микроорганизмов при сохранении всех качеств продукта. При стерилизации уничтожаются все микроорганизмы, содержащиеся в продукте.

Наибольшая сохранность и качество молока достигаются при его обработке непосредственно в местах получения, в хозяйствах. Однако условия работы и использования оборудования на прифермских молочных, их снабжение топливом отличаются от условий городских молочных заводов.

Для условий хозяйств наиболее целесообразны электрические пастеризаторы, обладающие невысокой металлоемкостью, постоянно готовые к работе и всегда обеспеченные энергией. В настоящее время на прифермских молочных используются обычные тепловые пастеризаторы, питаемые паром или горячей водой от огневых котельных или электрокотлов. Однако такой путь использования электроэнергии для пастеризации по сравнению со специальными электропастеризаторами является малоэффективным.

В последнее время получает распространение пастеризация молока в электротеплонасосных установках. В ВИЭСХе разработана, теплонаносная компрессорная установка (рис. 31) для комбинированной обработки молока — пастеризации и охлаждения Давление в системе хладоагента достигает 1,3—1,4 МПа, температура перегретых паров фреона 115-120° С, температура конденсации их 51—55° С. За счет тепла перегрева паров фреона в перегревателе нагревают воду до 85—90° С, что достаточно для пастеризации молока, а за счет тепла конденсации вода нагревается до 45—50° С и может использоваться для технологических нужд. Тепло охлаждаемого после пастеризации молока сообщается фреону в испарителе 8. Расход электроэнергии на пастеризацию в теплонасосных установках в 2—3 раза меньше, чем

при прямом электронагреве. Недостаток теплонасосных установок заключается в высоких капитальных затратах.

Электродные пастеризаторы имеют невысокую стоимость и просты по принципу действия, но эксплуатация этих пастеризаторов связана с целым рядом трудностей, которые до сих пор еще окончательно не преодолены. Основные из них состоят в отложении на электродах молочного камня и местных нагревах молока. Интенсивность отложений молочного камня зависит от плотности тока, формы и материала электродов. При электродах из нержавеющей стали допустимая плотность тока не должна превышать 0,1 А/см2. Обнадеживающие результаты получены при использовании электродов из титана. Титановые электроды не покрываются отложениями даже при плотности тока, в 3—5 раз превышающей допустимую. Местный перегрев молока возможен при образовании в камере нагрева застойных зон, что свидетельствует о несовершенстве выбранной электродной системы.

Классическим примером аппаратов подобного типа является электродный пастеризатор проф. Атена (Голландия). Пастеризатор (рис. 32) состоял из 6 отдельных стеклянных цилиндров, 7 графитовых пластинчатых электродов с отверстиями и работал на напряжении от 220 до 3000 В. Для регулировки конечной температуры от 70 до 85° С изменяли скорость протекания молока. В аппарате низкого напряжения 220 В при производительности 300 - 500 л/ч и нагреве от 10 до 70° С расход электроэнергии составлял 0,071 кВт·ч/л, а с регенератором тепла снижался вдвое. Предложенные в последующие годы разнообразные конструкции электродных пастеризаторов не имеют принципиальных отличий от описанного и обладают теми же недостатками.

Высокочастотная пастеризация отличается быстродействием и равномерностью прогрева молока, обеспечивающими минимальные изменения его физикохимических свойств. Высокочастотны пастеризатор Е. П. Виноградова (рис. 33) проточного типа имел цилиндрическую камеру из изолирующего материала, которую охватывали с двух сторон обкладки высокочастотного конденсатора. По исследованиям Е. П. Виноградова, наилучшие результаты пастеризации достигаются при частотах 35— 50 МГц и скорости нагрева 40° С в секунду. В отличие от низкочастотных (электродных) пастеризаторов, в которых теплообразование происходит в основном в водяной части молока, при высокочастотной пастеризации происходит прямой нагрев и других составляющих молока и, в частности, микроорганизмов, что позволяет осуществлять селективный нагрев и за счет этого снижать температуру пастеризации до 50° С, подобрав частоту, наиболее губительную для микроорганизмов. Расход электроэнергии в высокочастотных пастеризаторах довольно высок и составляет 0,05—0,06 кВт·ч/л, что является основным их недостатком.

Во Франции разработаны инфракрасные пастеризаторы (актинаторы) для молока и других пищевых жидкостей. Действие их основано на высокой поглощательной способности молока к инфракрасным лучам. При облучении в тонком слое нагрев молока происходит очень быстро при сравнительно невысоких расходах электроэнергии. По данным французских фирм, стоимость актинаторов вдвое меньше стоимости традиционных пастеризаторов, а срок сохранности молока возрастает в

1,5 раза.

Рис. 31. Схема электротеплонасосной установки для пастеризации и охлаждения

молока в потоке: 1––перегреватель; 2—конденсатор; 3 — ресивер; 4 — компрессор; 5 — циркуляционный насос горячей воды; 6 —пластинчатый пастеризатор-охладитель; 7 — циркуляционный насос ледяной воды; 8 — испаритель; 9 —теплообменник; 10 — фильтр; 11 — терморегулирующий вентиль; I – секция пастеризации; II — секция регенерации; III — секция ледяного охлаждения; А—водопроводная вода; Б —вода температурой 45-50° С; В-вход молока;––––––––- фреоновая линия; –»–»–»–»– - молочная линия; – – – – – пастеризационный контур; – · – · – · – ледяная вода.

Рис.33.Электродный пастеризатор Виноградова: 1- молокопровод ; 2-пласатора высокочастотного конденсатора; 4-защитный кожух; 5-стеклянный цилиндрический сосуд (камера нагрева); 6- молокоприемное отверстие.

Электротепловая обработка кормов.

Корма подвергнутые тепловой обработке, лучше поедаются и усваиваются животными.

Тепловой обработке при помощи токов высокой частоты можно подвергать все виды кормов. Однако по экономическим соображениям высокочастотный нагрев в кормоприготовлении пока практического применения не находит. Тепловая обработка кормов при помощи инфракрасных лучей ограничивается их низкой проникающей способностью.

Для влажных кормов (силос, картофель, корнеплоды, смоченная соломенная резка, меласса и др.) наиболее приемлемым способом тепловой обработки является электродный нагрев.

Электродный подогрев силосной массы известен давно. Электродами служат металлические сетки, закладываемые между слоями силосной массы, или отрезки труб, заглубляемые в силосную массу. Электроподогрев создает благоприятные условия для бактерий молочнокислого брожения, обеспечивая высокое качество сило-

для соломенной резки и половы; длительность прогрева колеблется от 10 до 50 ч. Однако по технологическим условиям и условиям электробезопасности электродный способ силосования не получил широкого практического распространения.

При косвенном подогреве используются трубчатые или коаксиальные нагреватели, заглубляемые в силосную массу. Равномерность прогрева при этом снижается, процесс удлиняется до 60 ч, а удельная установленная мощность возрастает на 20—30%. Для запаривания картофеля в разное время предлагались электрические кормозапарники косвенного нагрева (запарочные котлы). Конструктивная схема аппаратов подобного типа приведена на рисунке 34. В запарник загружали 90—100 кг картофеля и заливали несколько литров воды, достаточных для получения пара на запаривание. Пар, генерируемый нагревателем, поступал через отверстия стояка парораспределителя в массу картофеля. При мощности 2,5—3 кВт запаривание продолжалось 4—5 ч с последующей выдержкой продукта после отключения. Удельный расход электроэнергии составлял около 100 кВт·ч/т.

Из-за малой производительности и больших затрат на обслуживание аппараты подобного типа широкого распространения не получили. Более целесообразным оказалось получать пар в специальных электродных котлах и использовать обычные паровые кормозапарники.

В настоящее время проводятся успешные исследования по прямому (электродному) запариванию картофеля, подтверждающие возможность создания надежных и экономичных аппаратов прямого действия.

Рис.34. Электрический запарный котел:

1 — опорная рама; 2 — дно кожуха; 5—корпус; 4— парораспределитель; 5 — фиксатор положения; 6 — кожух; 7 — паровой клапан; 5—крышка; 9— прижимное приспособление; 10 — контактная коробка; 11 — теплоизоляция; 12 — электронагреватель.

Тема 1.6.

Электрические холодильные машины и тепловые насосы

Электротепловые насосы. Принцип получения «тепла» (для отопления помещений) или «холода» (для охлаждения помещений) из теплого окружающего воздуха или воды с использованием полупроводников в схеме теплового насоса основан на явлении, открытом в 1814 г. Пельтье и объясненном русским ученым Ленцем в 1838 г.

Эффект Пельтье заключается в том, что если через разнородные соединенные друг с другом материалы (например, полупроводники, где этот эффект особенно выражен) пропустить постоянный электрический ток, то в месте контакта положительного (+) (дырочного, р-тип) полупроводника с отрицательным (—) (электронным, n-тип) при направлении тока от положительного проводника к отрицательному происходит выделение тепла, а при направлении тока от отрицательного проводника к положительному происходит поглощение тепла в месте контакта (спае).

Если электрическую цепь (рис. 35), состоящую из большого числа положительных и отрицательных полупроводников (термоэлементов), расположить так, чтобы спаи где происходит выделение тепла (нагрев), и спаи, где происходит поглощение тепла (охлаждение), образовали изолированные друг от друга каналы, то при пропускании электрического тока из одного канала можно получить тепло, а из другого — холод. После перемены направления тока теплый канал становился холодным, холодный — горячим. Если между холодным и горячим каналами создать разность температур, большую, чем между наружным воздухом и помещением то можно холодный воздух или воду охлаждать еще сильнее в холодном канале, то есть отнимать тепло от холодной среды, а в горячем, канале нагревать теплый воздух помещения в основном за счет тепла, отнятого от холодного воздуха.

Таким образом, используя эффект Пельтье, зимой при низкой температуре наружного воздуха, охлаждая его еще сильнее, можно извлекать из холодного воздуха тепло для отопления помещения, а летом при высокой температуре наружного воздуха, нагревая его еще сильнее, можно отводить тепло от него, охлаждая за счет этого помещение. Физический смысл рассматриваемого процесса заключается в том, что происходит как бы перекачивание тепла от холодной среды к горячей за счет электрической энергии.

Рис. 35. Принципиальная схема полупроводникового электротеплового насоса: 1- источник постоянного тока; 2-радиатор (теплообменник); 3-полупроводник; 4- нагреваемая среда; 5-холодный спай; 6-охлаждаемая среда; 7-горячий спай.

В таблице 6 приведены технические характеристики отечественных тепловых насосов типа ТН.

Таблица 6.

ХОЛОДИЛЬНЫЕ ЦЕНТРАЛИ . МНОГОКОМПРЕССОРНЫЕ ХОЛОДИЛЬНЫЕ АГРЕГАТЫ

Холодильные централи ( многокомпрессорные агрегаты ) предназначены для создания искусственного холода в централизованных системах холодоснабжения магазинов , супермаркетов , гипермаркетов , холодильных камер , складов , терминалов , предприятий пищевой , перерабатывающей , химической и фармацевтической промышленности , а также в централизованных системах кондиционирования воздуха самых разнообразных объектов .

Они также могут использоваться в децентрализованных системах холодоснабжения, кондиционирования воздуха и в другом холодильном оборудовании в тех случаях , когда нагрузка на холодильную систему изменяется в достаточно больших пределах и , как следствие , необходимо иметь две или более ступени регулирования холодопроизводитильности.

Производятся холодильные централи на базе герметичных поршневых компрессоров TECUMSEH

EUROPE L'UNITE

HERMETIQUE , а также на ба-

зе спиральных , поршневых и винтовых компрессоров BITZER . Они занимают значительно меньше места и имеют меньшие размеры , чем аналогичные холодильные централи других производителей , благодаря оригинальной компоновке , двухэтажной конструкции рамы и применению горизонтальных ресиверов . Такая компоновка , кроме того , более эргономична , упрощает обслуживание , а также снижает затраты на эксплуатацию и ремонт . Благодаря пространственной конструкции рамы и применению стального прямоугольного замкнутого профиля в конструкции рамы , еѐ масса значительно ниже , а жесткость выше существующих аналогов . Малые размеры и вес холодильных централей позволяют размещать их даже в тесных подвальных помещениях . Все холодильные компрессоры , в том числе поршневые шести- и восьмицилинровые , устанавливаются на резиновых амортизаторах , что позволяет значительно снизить уровень шума и вибраций .

Холодильные централи приведенные в могут изготавливаться в компаундном исполнении . Компаундная холодильная централь состоит из двух централей ( низкотемпературной и среднетемпературной ) установленных на общей раме . Благодаря трехэтажной компоновке и использованию общих ( для двух централей ) элементов конструкции (ресиверы масла и хладагента , магистраль масла , жидкостная магистраль , нагнетательная магистраль и регуляторы давления конденсации , шкаф управления ) компаундная холодильная централь занимает вдвое меньше площадь , чем две отдельные холодильные централи . Кроме того , для компаундной холодильной централи используется только один выносной воздушный конденсатор , что позволяет сэкономить на стоимости монтажа и монтажных материалов .

Все холодильные централи оснащаются регулятором давления конденсации , установленным на линии нагнетания и регулятором давления в ресивере . Такая схема в условиях холодного российского климата обеспечивает устойчивую и безотказную работу холодильных централей в зимнее время года , а также позволяет существенно увеличить ресурс работы компрессоров . Одним из основных факторов влияющих на ресурс и надежность холодильной централи является система подачи и регулирования уровня масла в компрессорах . Применение электронных регуляторов уровня масла позволяет не только увеличить точность регулирования уровня

масла в компрессорах , но и обеспечить аварийное отключение компрессоров по минимальному уровню масла , что увеличивает ресурс работы компрессоров . После остановки холодильного компрессора по низкому уровню масла , регулятор продолжает доливать масло , и по достижению нормального уровня масла холодильный компрессор автоматически запускается .

В состав холодильных централей входит полный комплекс приборов автоматики , что обеспечивает защиту холодильных компрессоров от любых аварийных режимов . Благодаря использо-

ванию микропроцессорных блоков управления и ступенчатому регулированию производительности холодильные централи позволяют существенно экономить электроэнергию . Блок управления отслеживает изменение нагрузки и включает только необходимое количество холодильных компрессоров ( ступеней ) , а в ночные часы ( или в выходные дни ) , он может автоматически переключаться на экономичный режим работы , что позволяет дополнительно экономить электроэнергию . Применение микропроцессорных блоков управления позволяет полностью автоматизировать работу холодильной централи . Микропроцессорные блоки обеспечивают ступенчатое управление компрессорами и вентиляторами конденсатора , отображение давлений испарения и конденсации , а также всех аварийных ситуаций . Кроме того , они запоминают все происходившие аварии в списке аварий , который можно просматривать. Микропроцессорные блоки обеспечивают эффективное управление и защиту , а также выравнивание времени работы холодильных компрессоров и вентиляторов с целью их равномерного износа .

Микропроцессорный блок управления может быть подключен к компьютер-

ной системе управления и мониторинга , что позволит отображать и документировать все необходимые параметры и управлять всей холодильной системой в реальном масштабе времени с удаленного компьютера . Кроме того , система мониторинга может автоматически отправлять сообщения об авариях или об изменении какихлибо параметров работы на факс или мобильный телефон в виде SMS .

Применение ступенчатого регулирования холодопроизводительности позволяет увеличить точность регулирования температуры , что увеличивает качество и срок хранения продуктов питания . В общем случае , чем больше ступеней регулирования холодопроизводительности , тем выше точность регулирования может быть достигнута .

Холодильные централи обладают высокой надежностью . При отказе одного из компрессоров система продолжает работать . Благодаря применяемой автоматике и запорной арматуре , вышедший из строя компрессор можно отключить и заменить , не останавливая работу остальных компрессоров .

Централизованные системы холодоснабжения с холодильными централями обладают очень высокой гибкостью распределения холода по потребителям . "Холод" автоматически концентрируется на том потребителе (витрине , прилавке , ка-

также сэкономить ту электроэнергию , которую бы эта система вентиляции и кондиционирования потребляла . В комплекте с холодильными централями может поставляеться широкий ряд выносных воздушных конденсаторов CROCCO . В этом ряду имеется большой выбор конденсаторов по уровню шума и по стоимости , от почти бесшумных конденсаторов до очень дешевых.

Холодильные централи могут изготавливаться по техническому заданию заказчика . Большое количество дополнительных опций позволяет заказчику выбрать необходимую комплектацию для любого варианта применения . По желанию заказчика холодильные централи могут быть укомплектованы специальным модулем утилизации тепла ( теплообменник , теплоизолированный бак для воды , насос и шкаф управления ) . Этот модуль позволяет получать горячую воду для бытовых нужд за счет утилизации тепла выделяемого централью . В зависимости от необходимой температуры горячей воды можно утилизировать от 5% до 10% всего тепла . Для утилизации 100% тепла холодильная централь может быть укомплектована конденсатором с центробежным вентилятором . Это позволяет использовать подогретый в конденсаторе воздух для отопления помещений в холодное время года . Од-

Компания Bitzer производит широкий ряд холодильного оборудования , отличающегося высоким качеством изготовления , надежностью , экономичностью и конкурентноспособной ценой . В производственную программу Bitzer входят :

отрытые и полугерметичные поршневые и винтовые холодильные компрессоры , герметичные спиральные компрессоры , компрессорно-конденсаторные агрегаты с конденсаторами воздушного и водяного охлаждения на базе всех моделей поршневых компрессоров Bitzer , компрессорно-ресиверные агрегаты на базе полугерметичных поршневых компрессоров и компрессорные агрегаты на базе открытых (сальниковых ) поршневых компрессоров , а также сосуды работающие под давлением . Поршневые холодильные полугерметичные компрессоры BITZER зарекомендовали себя как высокоэффективные и надежные компрессоры с техническими характеристиками отвечающими самым высоким требованиям .

Холодильные открытые ( сальниковые ) поршневые компрессоры BITZER обладают феноменальной надежностью и ресурсом , что позволяет использовать их при очень тяжелых условиях эксплуатации , там где не способны работать другие холодильные компрессоры . Транспортные холодильные открытые ( сальниковые ) поршневые компрессоры BITZER специально спроектированы для условий эксплуатации на автомобильном и железнодорожном транспорте и могут работать при высоких уровнях вибраций , ускорений и температур . Технические особенности и параметры производительности малых и средних холодильных винтовых компрессоров , производимых компанией BITZER , являются образцовыми благодаря многолетнему опыту в разработке и эксплуатации , а также передовым методам проектирования и самой современной технологии производства . Компания BITZER также производит широкую гамму сосудов работающих под давлением : кожухотрубных конденсаторов и маслоохладителей, ресиверов жидкого хладагента и маслоотделителей для холодильных установок и систем кондиционирования . Благодаря самым современным научно-техническим изысканиям и прогрессивным методам изготовления и контроля сосуды работающие под давлением всегда отвечают самым высоким требованиям Директивы ЕС по сосудам давления 97/23/ЕС (PED). Все производимые изделия имеют специальный удостоверяющий знак "СЕ". Продукция сертифицирована также всеми другими авторитетными организациями.

Динамичное развитие компании BITZER позволяет ей постоянно расширять спектр производимой продукции . Например, в ноябре 2003 года фирма BITZER выпустила первые спиральные компрессоры , в начале 2004 года в производственной программе появились первые Compact-компрессоры 95ой серии , а в конце 2004 года появились новые поршневые компрессоры серии OCTAGON C-4.

На очереди новые модели более мощных винтовых компрессоров , позволяющих изготавливать более производительные холодильные установки , используя меньшее количество компрессоров.

Компания FRIGODESIGN производит централи, чиллеры и другое холодильное оборудование на базе компрессоров BITZER.