Применяют при контактном способе термообработки или через воздух. К традиционным твёрдым средам относится водныйлёд, имеющий температуру плавления 0 °С при нормальном атмосферном давлении и удельную теплоту плавления 335 кДж/кг. Мелкодроблёным льдом охлаждают рыбу и некоторые виды плодоовощей (25...100 % от массы продукта).
При бесконтактном способе охлаждения применяют льдосоляные смеси. Температура плавления льдосоляной смеси зависит от содержания в ней соли. Но повышать концентрацию соли целесообразно только до известного предела, определяемого криогидратной точкой. Координаты криогидратных точек, в которых льдосоляные смеси с использованием NaCl и CaCl 2 плавится при самой низкой температуре, приведены на рисунке 4.11.
Рисунок 4.11 – Зависимость температуры плавления льдосоляной смеси
от концентрации соли
Помимо смеси дроблёного водного льда и соли применяют замороженные водные растворы солей – эвтектические смеси. Наиболее эффективная эвтектическая смесь имеет концентрацию соли, соответствующую криогидратной точке. Льдосоляное охлаждение, при всей простоте, дешевизне и надёжности, имеет серьёзные недостатки: громоздкость, невозможность поддержания достаточно низких температур, частая экипировка транспортных модулей льдом и солью. Поэтому данный способ охлаждения грузов на транспорте более не применяют.
Охлаждение сухим льдом основано на сублимации твёрдой углекислоты (СО2) при t = –78,9 °С с затратой внешней теплоты 575 кДж/кг (при нагреве паров до 0 °С холодопроизводительность выше: 636 кДж/кг). Сухой лёд используют при хранении и перевозках мороженого. Для охлаждения изотермических транспортных модулей он дорог и дефицитен, что сдерживает широкое применение способа на железнодорожном транспорте.
|
|
Из других видов твёрдых охладителей можно выделить:
– антисептический лёд, состоящий из водного льда с антисептическими добавками, которым пересыпают рыбу при охлаждении, хранении и перевозках;
– естественный или искусственный снег, применяемый при перевозках свежей зелени;
– испарители холодильных машин при непосредственном контакте с продуктом (морозильные камеры бытовых и промышленных холодильников) или через воздух.
Хладагенты и холодоносители
Холодильные агенты
Холодильными агентами (хладагентами) называют жидкие охладители, способные кипеть при низких (отрицательных) температурах в обычных условиях (нормальное атмосферное давление). Их применяют в холодильной технике для совершения рабочего цикла по переносу тепловой энергии путём изменения своего агрегатного состояния.
В качестве хладагентов целесообразно использовать жидкости, отвечающие специальным требованиям:
– термодинамическим (низкая температура кипения и замерзания, большая объёмная холодопроизводительность, высокие значения теплоотдачи и теплопроводности);
– физико-химическим (хорошая растворимость в воде, химическая инертность по отношению к конструкционным материалам, малая проникающая способность, способность обнаружить утечку);
– физиологическим (негорючесть, неядовитость, невзрывоопасность);
– экономическим (дешевизна и др.).
Большое количество ограничений затрудняет выбор. К числу наиболее распространённых хладагентов относят аммиак и фреоны.
|
|
Аммиак (NH 3) – один из лучших хладагентов. Он кипит при температуре минус 33,4 °С, замерзает при минус 77,7 °С, хорошо растворяется в воде и др., но токсичен при концентрации свыше 1 % и взрывоопасен при 16...29 %.
Фреоны – хлорфторзамещённые углеводороды, получаемые на основе метана (СН 4) и этана (С 2 Н 6). Свойства фреонов зависят от соотношения в них атомов углерода С, фтора F, хлора Cl и водорода H. По числу атомов С и F строится их нумерация.
Наибольшее распространение получил фреон-12, чаще называемый хладоном (CF2Cl2). Это – негорючий и бесцветный газ, безвредный до концентрации в воздухе 30 %. Кипит при температуре минус 29,8 °С (давление атмосферное), замерзает при температуре минус 155 °С. Нейтрален к металлам, текуч, при температуре выше 400 °C разлагается с выделением ядовитого газа нервнопаралитического действия – фосгена. Применяется в холодильных машинах малой и средней производительности: в бытовых холодильниках, рефрижераторных вагонах с индивидуальным охлаждением, в системах кондиционирования воздуха и др. Термодинамические свойства фреона-12 приведены в приложении Л.
В рабочих циклах открытых термодинамических систем в качестве хладагента используют атмосферный воздух.
Холодоносители
Холодоносители – вещества, предназначенные для отвода теплоты от охлаждаемых объектов и передачи её хладагенту в холодильной машине. Холодоносители должны иметь низкую температуру замерзания, большую теплоёмкость, малую вязкость, быть безвредными и нейтральными к конструкционным материалам. В качестве холодоносителей применяют воздух, рассол, воду, этиленгликоль и др.
|
|
Использование воздуха как холодоносителя характерно для большинства холодильных установок, а в системах дальнего транспорта холода (например, в снятых с эксплуатации рефрижераторных поездах и 12-вагонных секциях) дополнительно применяли промежуточный холодоноситель – рассол хлористого кальция в воде, что избавляло от необходимости использовать для этой цели дорогой и небезопасный хладагент (аммиак).
Холодильные машины
Холодильная машина – комплекс теплообменных аппаратов и устройств, необходимых в рабочем цикле для отвода теплоты при низкой температуре от охлаждаемой среды и передачи этой теплоты в окружающую среду с более высокой температурой.
Для того чтобы холодильная машина осуществляла искусственную передачу энергии из среды с низкой температурой в среду с высокой температурой, необходимо создать условия естественной передачи тепла в теплообменных аппаратах с помощью хладагентов. Теплообменные аппараты, в которых хладагент потребляет тепло из охлаждаемой среды, называют испарителями. В этом случае температура хладагента должна быть ниже температуры охлаждаемой среды, что создаётся понижением давления хладагента. Теплообменники, в которых хладагент отдаёт тепло в окружающую среду, называют конденсаторами (или охладителями – при отсутствии конденсации). Здесь температура хладагента должна быть выше температуры окружающей среды, что создаётся повышением давления хладагента.
В зависимости от способа реализации цикла холодильные машины делят на компрессионные, сорбционные, струйные, термоэлектрические.