Призначення і робота випарника
До складу будь-парокомпресійна холодильної машини входять як мінімум, два теплообмінних апарату, які забезпечують обмін енергією у вигляді теплоти між хладагентом і зовнішнім середовищем. Цими обов'язковими теплообмінними апаратами є випарник і конденсатор холодильної машини. Крім них до складу холодильної машини може бути включений регенеративний теплообмінник, що забезпечує обмін теплотою між потоками хладагента і підвищує ефективність і надійність роботи холодильної машини.
Випарник - це теплообмінний апарат, встановлюваний у охлаждаемом приміщенні, камері або відсіку холодильного обладнання та забезпечує охолодження газоподібним чи рідкого середовища. У внутрішньому обсязі випарника при низькій температурі кипить холодоагент, сприймаючи теплоту охолоджуваної середовища.
По виду охолоджуваної середовища розрізняють випарники для охолодження рідких теплоносіїв і для охолодження повітря.
Випарники для охолодження рідких теплоносіїв використовуються при охолодженні напоїв (сокоохолоджувачі, охолоджувачі пива, квасу, газованої води) або в проміжних теплоносіїв, у якості яких застосовуються вода, водні розчини солей, етиленгліколь або пропіленгліколь.
В якості проміжних теплоносіїв при негативних температурах широко використовуються водні розчини солей NaCl і CaCl 2. Ці розчини, що отримали назву «розсоли» мають мінімальну (евтектичну) температуру: -21,2 0 С для NaCl, -55 0 С для CaCl 2.
По конструкції розрізняють панельні випарники відкритого типу, кожухоотрубние випарники, кожухозмеевіковие лісторубние і ребрісторубние випаровувачі.
Випарники для охолодження повітря одержали найбільше поширення, оскільки вони застосовуються практично у всіх видах холодильного обладнання. Ці випарники встановлюються в холодильних камерах. Розрізняють випарники з природною циркуляцією повітря і повітроохолоджувачі (з примусовим рухом повітря, створюваним вентилятором).
Кипіння хладагента у випарнику відбувається при передачі теплоти від охолоджуваної середовища через тверду герметичну розділяє стінку, звану теплопередающей поверхнею випарників. Її виготовляють з теплопровідних матеріалів, наприклад, з мідних труб. Для інтенсифікації теплообміну поверхню труб випарників, стикається з охолоджуваних повітрям, оребряют. Ребра поверхні проводять найчастіше нанизуванням на труби тонкостінних металевих пластин з певним відстанню між ними.
Найбільш просту конструкцію мають панельні випарники відкритого типу. Випарник складається з бака прямокутного перерізу, заповненого теплоносієм, всередину якого поміщаються панелі випарника. Випарники даного типу використовуються у великих аміачних холодильних машинах.
При використанні панельних випарників для охолодження води можливе розширення функціональних можливостей апаратів. Відстань між панелями збільшують, і при охолодженні води домагаються утворення шару льоду на зовнішній поверхні панелей. Шар льоду виконує функції акумулятора теплоти. Такі випарники-акумулятори знаходять застосування в технологічних циклах з нерівномірною тепловим навантаженням, наприклад, на підприємствах молочної промисловості, пиво-алкогольного виробництва та ін
Недоліком панельних випарників відкритого типу є істотна корекція панелей і баків, тобто елементів, що змочуються теплоносієм і мають контакт з навколишнім повітрям.
Більш високими експлуатаційними характеристиками володіє замкнута система циркуляції теплоносія. У цій системі охолодження теплоносія забезпечується в кожухоотрубном випарнику. Випарник представляє собою циліндричний кожух, усередині якого проходить трубної пучок. Зовнішня поверхня труб є теплопередающей поверхню, через яку теплота від теплоносія, що протікає всередині труб, передається киплячого в межтрубном просторі холодоагенту. Торці труб герметично закріплені у двох трубних гратах, приварених до кожуха. Трубні решітки закриті кришками, причому в кришці передбачені патрубки для підведення та відведення теплоносія (води, розсолу).
Рідкий хладагент (аміак) через вентиль подається в міжтрубний простір випарника. Поплавковий регулятор підтримує рівень холодоагенту на висоті приблизно 0,8 діаметра кожуха. Пароподібний холодоагент відводиться з випарника через елімінатор рідини (сухопарник), розміщений у верхній частині апарату встановлено маслосборнік, через який з випарника періодично зливають зібране мастило і забруднення.
У малих холодильних машинах частіше використовують модифіковані кожухотрубні випарники, що отримали назву - кожухозмеевіковие випаровувачі. Випарники даного типу мають тільки одну трубну решітку, до якої приєднані U-образні труби. Холодоагент кипить всередині труб, а охолоджені теплоносій прокачується по міжтрубному простору. Для інтенсифікації теплообміну при кипінні холодоагенту в труби встановлюється спеціальна вставка, що виконує функції внутрішнього оребрення.
Організація кипіння холодоагенту в труб дозволяє істотно (приблизно в 2-3 рази) знизити кількість холодоагенту в контурі холодильної машини. Крім того, виключена можливість замерзання теплоносія всередині труб і їх розриву.
Для невеликих холодильних камер найчастіше використовуються випарники безпосереднього охолодження. У них теплота охолоджуваного повітря (без проміжного теплоносія) безпосередньо передається киплячого холодоагенту.
У сучасному холодильному обладнанні (низькотемпературні секції) часто виготовляють панельні випарники у вигляді лістотрубной конструкції. Дані випарники складаються з двох тонкостінних аркушів, на яких виготовлені половини профілів каналів хладагента. Після з'єднання листів вони піддаються гарячої прокатки та в місці контакту поверхонь зварюються. Половини профілів аркушів, поєднуючись, утворюють мережу каналів для хладагента. Для приєднання випарника до шнура і відходять трубопроводах передбачені штуцери. В якості матеріалу випарників може використовуватися тонкостінний лист нержавіючої сталі.
Різновидом панельних випарників є панельні випаровувачі. Вони складаються з панелі необхідної форми, до якої кріпиться пайкою мідна труба випарника. Панель може мати різну форму (короб, лоток тощо), відповідну конфігурації охолоджуваного об'єму обладнання.
Лістотрубние панельні випарники застосовують у побутових холодильниках.
У ребрістотрубних випарників теплообмінна поверхню випарника утворена з гладких мідних труб, на які насаджені штамповані пластинчасті ребра. Випарники даного типу найбільш часто використовують для охолодження холодильних камер. Їх розміщують в охолоджуваних приміщеннях на стінах, тому ці випаровувачі отримали назву «настінні».
Прикладом ребристого випарника є випарники типу ІРСН (випарник ребристий сухий настінний). Випарна батарея ІРСН виготовлена з мідних труб, усередині яких кипить холодоагент, найчастіше R 12 або R 22.
Труби діаметром 18 * 2 розташовані в два ряди, на зовнішній поверхні труб розміщені сталеві або латунні штамповані ребра. Труби випарника послідовно з'єднуються один з одним напівкруглими трубками, що одержали назву «дядьки». Для під'єднання випарника до лінії підведення рідкого холодоагенту і відведення пароподібного передбачені штуцери. Для кріплення випарника до стіни передбачені два кронштейни, розташовані по бічних сторонах на задній частині випарника.
У позначенні випарника, наприклад ІРСН - 12,5, присутня цифра, що показує величину теплообмінної поверхні в квадратних метрах. Випарники ІРСН випускаються з різною величиною поверхні теплообміну від 4,7 до 18 м 2.
Випарник з примусовим рухом повітря через оребренную теплообмінну поверхню називається воздухоохладителем. Рух повітря здійснюється вентилятором з приводом від електродвигуна. Повітроохолоджувачі більш компактні і легше, ніж випарники з природною циркуляцією повітря.
Повітроохолоджувачі знаходять застосування в торговому холодильному обладнанні, хорлодільних камерах, в обладнанні для охолодження і заморожування харчових продуктів.
Повітроохолоджувач поміщений в корпус, в нижній частині якого передбачений піддон для збору талої води при відтаванні. Вентилятор, що складається з крильчатки і електродвігалеля, встановлюється в спеціальному кожусі, який кріпиться до корпусу повітроохолоджувача. Заповнення повітроохолоджувача холодоагентом здійснюється через терморегулюючий вентелі, що виконує функції дросселирующего пристрою і автоматичного регулятора. Обребрена теплообмінна поверхню.
Аміак. Властивості, застосування, недоліки і переваги
Аміак - NH 3, нітрид водню, при нормальних умовах - безбарвний газ з різким характерним запахом (запах нашатирного спирту), майже вдвічі легший за повітря, отруйний. Розчинність NH 3 у воді надзвичайно велика - близько 1200 об'ємів (при 0 ° C) або 700 обсягів (при 20 ° C) в об'ємі води. У холодильній техніці носить назву R717, де R - Refrigerant (холодоагент), 7 - тип холодоагенту (неорганічну сполуку), 17 - молекулярна маса. Холодильний агент (холодоагент) - робоча речовина холодильної машини, яка при кипінні або в процесі ізотермічного розширення віднімає теплоту від охолоджуваного об'єкту і потім після стиснення передає її охолоджувальному середовищі за рахунок конденсації (воді, повітрю і т.п.).
Хладагент є окремим випадком теплоносія. Важливою відмінністю є використання теплоносіїв в одному і тому ж агрегатному стані, в той час, як холодоагенти зазвичай використовують фазовий перехід (кипіння і конденсації).
Основними холодильними агентами є аміак, фреони (хладони), елегаз і деякі вуглеводні. Слід розрізняти холодоагенти і кріоагента. У кріоагента нижче температура кипіння. Це не стосується з'явилися останнім часом компресійних криостатов, здатних охолоджувати до температур нижче -120 ° C без застосування рідкого азоту, як це було прийнято останні сто років. В якості холодильного агента при створенні оксіліквіта використовується кисень. Він же служить окислювачем.
Принциповою різницею у використанні холодильних агентів у вигляді азоту, гелію і т.д. є те, що рідина витрачається й випаровується (як правило, в атмосферу). У холодильних машинах фреон або аналогічний газ ходить по колу, за допомогою компресора, скраплений в конденсаторі, випаровуючись у випарнику.
Особливої уваги потребує розширення застосування аміаку. Аміак у порівнянні з вуглеводнями менш небезпечний. За минуле сторіччя ставлення до аміаку, як холодоагенту, змінювалося від повного прийняття до різкого відторгнення, пов'язаного із заповненням ринку холодоагентів ХФУ і ДФУ, які спочатку розглядалися як панацея, що обіцяє повне витіснення МНз з холодильної техніки. На щастя, цього не сталося. Аміак, відкритий 255 років тому, з 1859 року застосовується як холодильний агент, спочатку в абсорбційних машинах, а з 1876 року - в компресійних. При нульових потенціалах руйнування озону і глобального Потепління аміак не викликає, термодинамічно ефективний і абсолютно чистий екологічно. Енергетичні показники аміачних холодильних машин і установок високі: з енергетичної точки зору альтернативи аміаку немає. Крім того, аміак володіє характерним запахом, який дозволяє органолептично майже миттєво визначати його витік. Аміак легший за повітря і при витоку піднімається в повітря, зменшуючи небезпеку отруєння. На жаль, найчастіше ці достоїнства аміаку відносять до його істотних недоліків. Дійсно, аміак теоретично вибухонебезпечний при об'ємному вмісті в повітрі від 15 до 28%, однак, випадки вибуху повітряно-аміачної суміші у практичній діяльності настільки рідкісні, що їх можна віднести до розряду легенд багаторічної давності, коли в холодильній техніці була відсутня надійна автоматика, а порушення режимів експлуатації такої техніки призводило до гідроудару і, як наслідок останніх, - вибухам. У життєдіяльності людини відомо безліч випадків вибуху побутового газу, що призводять до трагічних наслідків, але нікому і в голову не приходить заборонити газопостачання квартир і будинків. Слід звернути увагу і на те, що миттєва розгерметизація аміачної холодильної установки не приведе до моментального викиду аміаку в атмосферу. Вийде тільки парова фаза, яка становить незначну частину від загального вмісту аміаку в системі. Решта рідкий аміак буде повільно википати. Аміак не текучий в тій мірі, яка властива іншим хладагент, що не взаємодіє з чорним металом, а, отже, всі аміачне обладнання дешево, на відміну від фреонового, для якого використовують в основному кольорові метали. Негативні властивості аміаку виявляються тільки при великому його кількості (кілька тонн) у системі і за умов, коли можуть створитися критичні концентрації (до 50-60 грам на один кіловат виробленого холоду). У традиційній насосно-циркуляційної системі заправка аміаку становить близько 3 кг на 1 кВт холоду. Крім того, сучасні засоби автоматизації дозволяють створювати високонадійні холодильні комплекси.
Сьогодні це досить легко вирішується шляхом перекладу великих холодильних об'єктів на аміачні установки, що містять мінімальну кількість аміаку і оснащенням аміачної холодильної техніки сучасними високонадійними засобами автоматизації.
Це призвело до розширення області застосування аміаку за кордоном, зокрема, до його використання в системах кондиціонування і холодопостачання супермаркетів. При цьому були прийняті заходи до зниження небезпеки викидів NH 3 і в першу чергу до зменшення кількості холодоагенту, що заправляється. Зменшення кількості аміаку при збереженні заданої холодопродуктивності можливо при прийнятті таких заходів:
• заміна систем безпосереднього кипіння аміаку на системи з проміжним хладоносителем;
• використання ХМ з малоємкі тешюобменнимі апаратами для охолодження проміжних хладоносителем;
• застосування нових хладоносителем, нейтральних до металів, екологічно безпечних;
• обладнання холодильних машин пристроями та засобами автоматизації, що дозволяють локалізувати аміак у разі розгерметизації холодильної машини.
Розробники холодильного аміачного обладнання пропонують кілька шляхів переозброєння холодильних установок.
Перший шлях придатний для великих АХУ, розташованих у містах поблизу житлових масивів. Це повернення до системи з проміжним хладоносителем, де недоліки подібних систем охолодження на сучасному рівні розвитку технологій виключаються застосуванням нового теплообмінного обладнання, приладів автоматизації, арматури, матеріалів. Рекомендується застосовувати блокові малоємкі холодильні агрегати з дозованим заправкою МНз, в яких як випарників і конденсаторів застосовується високоефективна апаратура пластинчастого типу, в якості хладоносителем - некорродірующіе розчини, а в холодильних камерах батарейні системи охолодження замінювати малопоточная воздухоохладителям. Аміачне обладнання в даному випадку може розташовуватися як в традиційних центральних машинних відділеннях, так і в блокових машинних відділеннях контейнерного типу, обладнаних пристроями для повного поглинання аміаку в разі розгерметизації. При цьому кількість аміаку зазвичай не перевищує 100-150 грам на 1 кВт холодопродуктивності.
Другий шлях модернізації та удосконалення великих АХУ, що розташовуються в промзонах, далеко від житлових масивів і громадських об'єктів. Цей шлях ефективний для підприємств з великим числом різнотемпературних споживачів холоду і забезпечує зниження аміако ємності систем охолодження майже на порядок.
Третій шлях є дуже перспективним, полягає в розробці агрегатованих блокових аміачних установок безпосереднього кипіння аміаку за типом фреонових, так званих спліт-систем. Холодильні машини з невеликою кількістю NH 3 розміщуються в спеціальних герметичних контейнерних блоках, а аміак у разі розгерметизації повністю поглинається нейтралізаторами, не потрапляючи в навколишнє середовище. Подібні аміачні установки вже в даний час широко застосовуються в Японії і США.
Холодильні та морозильні камери. Пристрій, види, застосування
Конструктивно всі види торгового холодильного устаткування мають багато спільного. Основний несучою конструкцією є металевий каркас різною, залежно від призначення обладнання, конфігурації. Із зовнішнього і внутрішнього боку він облицьований пластиком, склом або сталевими листами, покритими синтетичної емаллю. В якості технологічних декоративних елементів можуть використовуватися: нержавіюча сталь, кольоровий шаруватий пластик; алюмінієвий профіль; скло (плоске, гнуте, кольорове); дзеркала.
Стінки і дверці торгового холодильного устаткування мають багатошарову конструкцію. За зовнішніми оздоблювальними матеріалами слід: гідроізоляційний прошарок (пергамін, пергаментний папір, поліетиленова плівка та ін), а потім теплоізоляційний шар (пінопласт, Міпора, скловата, шлаковата, пінополістирол)
Після теплоізоляційного шару знову прокладена гідроізоляційна прокладка і далі йде внутрішня обробка охолоджуваного простору. Оскільки внутрішня поверхня охолоджуваних камер може торкатися продуктів, вона повинна бути виконана з нейтральним не коррозіруют матеріалів (нержавіюча сталь, харчовий алюміній, емальована сталь).
Для більш ефективного використання внутрішнього охолоджуваного об'єму шафи, прилавки, вітрини, камери обладнують стелажами, полицями, касетами, кронштейнами, виготовленими з тих же нейтральних матеріалів.
Холодильні та морозильні камери використовує широке коло споживачів - від невеликих підприємств до величезних складських комплексів, які потребують створення спеціальних умов зберігання.
За своїм призначенням, влаштуванню і правил експлуатації такі камери аналогічні маленьким стаціонарним холодильників.
За площею, необхідної для розміщення товарів у тарі, підбирають тип і кількість немеханічного складського обладнання, площа яких і становить потребную вантажну охолоджувану площу.
Холодопродуктивність машини повинна бути достатньою для підтримки в холодильних камерах заданих температурних режимів і відведення теплопритоків. Розрахунок потрібної холодопродуктивності машини починають із визначення суми всіх теплопритоків по кожній камері окремо, а потім по холодильника в цілому (теплотворний розрахунок).
Загальна сума теплопритоків включає наступні теплоприпливи:
надходять через огорожі з зовнішнім вентиляційним повітрям;
що вносяться з продуктами і тарою;
за рахунок відкриття дверей, перебування людей в камерах, нагріву ламп освітлення.
Визначивши суму теплопритоків, вибирають охолоджуючу систему - безпосереднього або розсільного охолодження. Безпосереднє охолодження випарними батареями, в яких відбувається кипіння холодоагенту, має більш широке поширення завдяки більшій економічності, меншою громіздкість устаткування і можливості автоматизації процесів охолодження.
Проте в деяких випадках замість системи безпосереднього охолодження доцільно застосовувати ропні систему охолодження, наприклад, при великому видаленні холодильних камер від машинного відділення при необхідності забезпечення стабільного температурного режиму і якщо правилами техніки безпеки забороняється застосовувати безпосередню охолодження.
Витрати на встановлення та експлуатацію ропні системи охолодження виправдовують себе у великих холодильниках з кількістю камер більше чотирьох та потрібної холодопрозводітельностью машин не менше 13 900 Вт або 12 000 ккал / год (з урахуванням переказного коефіцієнта 1 Вт = = 0,86 ккал / год).
Розрахунок холодильної установки безпосереднього охолодження починають з угруповання холодильних камер з приблизно однаковими температурними режимами і величинами теплопритоків. При цьому враховують, що на дві - чотири камери з рівними умовами зберігання припадає одна холодильна машина.
Потребную холодопродуктивність машини для кожної групи камер визначають виходячи з годинної витрати холоду і коефіцієнта робочого часу.
Часовий витрата холоду визначається діленням добової витрати холоду для даної групи камер по теплотворний розрахунку на тривалість доби в годинах. Коефіцієнт робочого часу дорівнює відношенню часу роботи машини на добу до тривалості доби в годинах.
Оптимальним часом роботи великих холодильних машин вважають 20-22 год, невеликих - 16-17 год на добу звідси значення коефіцієнта робочого часу, при якому завод-виробник гарантує безперебійну роботу, для великих машин одно 0,85, для невеликих - 0,75
Для визначення потрібної холодопродуктивності машини використовують наближений розрахунок по питомій витраті холоду на 1 м 2 площі охолоджуваних приміщень. Для камер з додатним температурним режимом він становить 75-83 ккал / год, або 90 - 100 Вт, для камер з температурним режимом зберігання -8 «С - 96-104 ккал / год, або 110-120 Вт
Види холодильних і морозильних камер. Такі камери призначені для зберігання в складських приміщеннях магазинів запасів швидкопсувних продуктів протягом часу, що не перевищує допустимі строки зберігання (3-5 доби). Вони можуть бути стаціонарними і збірними.
Стаціонарні камери проектуються і будуються соcтаве торгових будинків.
Збірні холодильні камери можуть встановлюватися Як на нових, так і на діючих підприємствах торгівлі, де будівництво стаціонарних камер є недоцільним або для цього немає відповідних умов.
Збірні камери збирають з окремих щитів - дерев'яних рам, обшитих з двох сторін металевими листами, між якими знаходиться теплоізоляція (пінопласт або пінополіуретан). У охолоджуваному обсязі камер бічних стінках встановлені полиці (решітки) для продуктів. До стелі камер або до спеціальних штангах кріпляться гаки для підвішування м'ясних туш. Двері камери має замок і ручку для відкривання її зовні і зсередини Ущільнювач дверей повинен щільно прилягати до дверного проєму по всьому його контуру, що зменшує теплові притоки.
Випарники розташовують під стелею камери. Під ними кріпиться піддон із трубкою для відведення конденсату при відтаванні випарника. Усередині камери є закритий світильник. Охолоджуючі агрегати встановлюють окремо близько камер.
Все більшим попитом в умовах розвитку ринкової економіки користуються збірно-щитові холодильні та морозильні камери різних об'ємів і конфігурацій.
Основні елементи корпусу холодильної камери дверний блок, стінові та стельові панелі, статеві пане чи, кутові елементи
Дверний блок представляє собою єдиний виріб, що включає в себе дверну коробку з елементами кріплення до корпусу камери, дверне полотно з навішеннями, пристрій підігріву дверного отвору (для дверей морозильних камер).
Список використаної літератури
Залізний В.П., Биковець Н.П. P аб o та холодильних установок / / Холод. - 2004. - 205 с.
Овчаренко B. C., Афонський В.Л. Основні аспекти комплексного підходу до розширення застосування аміачного обладнання в холодильній промисловості / / Холодильна техніка. - 2001. - 112 с.
Перелиптейн І.І., Парушін Є.Б. Термодинамічні і теплофізичні властивості робочих речовин холодильних машин та теплових насосів. - М.: Легка і харчова промисловість, 2000. - 232 с.
Маляренко В.А., Варламов Г.Б., Любчик Г.М. та ін Енергетичні установки та навколишнє середовище Харків: ХДАМГ, 2002. - 398 с.
Калина І.М., Васютін В.А., Пустовалов СБ Умови ефективного застосування діоксиду вуглецю в якості робочої речовини теплових насосів / / Холодильна техніка. - 2003. - 100 с.