Системы охлаждения

В холодильниках с одним испарителем воздух в высокотемпературном отделении охлаждается посредством теплообмена с открытой поверх­ностью испарителя. Воздух вокруг испарителя может двигаться конвек­тивно или принудительно. Движение воздуха регулируется изменени­ем величины окна на поддоне или заслонки у поверхности испарителя. Следовательно, регулирование величины потока холодного воздуха от испарителя в охлаждаемый объем с положительной температурой, а значит, и температура воздуха в этом объеме определяется настройкой системы воздухораспределения.

Оптимальное распределение температуры воздуха в высокотемпе­ратурном отделении достигается в том случае, когда в охлаждаемый объем холодный воздух поступает в его среднюю часть. При этом теп­лый воздух в направлении испарителя движется вдоль внутренних по­верхностей стен холодильника.

При закрытой заслонке поддона поД испарителем средняя по объ­ему температура воздуха в отделении с положительной температурой возрастает на 4-6 °С, при этом температура воздуха в низкотемпера­турном отделении понижается на 3-4 °С.

Более низкая температура воздуха в низкотемпературном отделе­нии достигается при теплоизоляции низкотемпературного отделения и регулировании движения воздуха у поверхности испарителя. Тех­ническое решение проблемы связано с созданием рациональной Кон­струкции задней стенки холодильника, дверки испарителя, поддона, создания оптимальной конструкции ограждений и размеров отверстий для прохода воздуха. Такое техническое решение обеспечивает пони­жение температуры воздуха в низкотемпературном отделении (моро­зилке) до -12 °С. Эта температура воздуха достигается при темпера­туре кипения холодильного агента -21…-19 °С.

Наряду с традиционным способом теплообмена воздуха с поверх­ностью испарителя охлаждение высокотемпературного отделения мо­жет быть обеспечено оригинальным техническим решением. Охлажде­ние воздуха обеспечивается металлической алюминиевой пластиной, расположенной под нижней плоскостью испарителя, которая выпол­няет функцию нижней плоскости испарителя. Благодаря тому что эта пластина находится вблизи нижней поверхности испарителя, темпера­тура ее поверхности отличается от температуры испарителя на 1,5-2 °С. Сторона пластины, обращенная к поверхности испарителя, — плоская. Обратная сторона пластины выполняется с небольшим оребрением.

Обычно принимают высоту ребер 0,02 м при шаге ребер 0,034 м. От­таивание пластины ручное. Для этого пластину следует вынуть из хо­лодильника, удалить с нее иней и поставить ее на место.

Холодильники с двумя испарителями в низкотемпературном и высо­котемпературном отделениях обеспечивают решение комплекса про­блем. Прежде всего они касаются достижения технологически задан­ной низкой температуры воздуха в каждом из отделений. Кроме того, техническое решение двухиспарительного холодильника обеспечива­ет более равномерное распределение температуры воздуха в охлажда­емом объеме.

На практике используют два типа соединения испарителей. В пер­вом случае (рис. 16.1) жидкий холодильный агент из конденсатора 2 поступает вначале в испаритель низкотемпературной камеры 3, а за­тем в испаритель высокотемпературного отделения 4 («плачущий» ис­паритель).

Такая схема соединения испарителей имеет некоторые особенности. Так, при понижении температуры воздуха, окружающего холодиль­ник, наблюдается недостаточная подача холодильного агента в испа­ритель высокотемпературного отделения. Это связано с тем, что при

Рис. 16.1

Холодильник с двумя испарителями 1 — компрессор, 2 — конденсатор, 3 — испаритель низкотемпературный, 4 — испаритель плюсовой, 5 — капиллярная трубка, 6 — всасывающий

Трубопровод

Понижении температуры воздуха, окружающего холодильник, умень­шается давление конденсации и в связи с уменьшением теплоприто­ков в охлаждаемый объем поступает меньше холодильного агента в испаритель.

Во втором случае холодильный агент вначале подается в испари­тель высокотемпературного отделения. Это обеспечивает хорошее за­полнение испарителя при любой температуре воздуха, окружающего холодильник. Однако при низкой температуре воздуха, окружающего хо­лодильник, испаритель высокотемпературного отделения затрудняет процесс его оттаивания. Поэтому объем испарителя высокотемпера­турного отделения должен быть минимальным.

Условием нормальной работы холодильника с «плачущим» испа­рителем является цикличная работа холодильника с малым значением коэффициента рабочего времени. Это значит, что компрессор холо­дильника должен работать непродолжительное время, а длительность нерабочей части цикла, в которой «плачущий» испаритель успевает оттаять, должна быть большой.

Размещение «плачущего» испарителя в холодильной камере ока­зывает существенное влияние на равномерность температурного поля в объеме высокотемпературного отделения, усушку продукта.

На практике реализуют многообразные способы размещения испари­теля. Испаритель размещают на задней стенке в виде плоской пластины, U-образный испаритель — на задней и боковых стенках, Г-образный испаритель — на задней стенке и потолке высокотемпературного отде­ления. Теплотехнические испытания испарителей свидетельствуют, что с позиции эффективности теплообмена наилучшие результаты до­стигаются при Г-образном размещении испарителя.

Для ускорения оттаивания испарителя высокотемпературного отде­ления к нему прикрепляют нагреватель мощностью 10-20 Вт. Кроме сокращения длительности удаления инея нагреватели служат и для предотвращения его образования. Отсутствие нагревателя на испарите­ле увеличивает длительность нерабочей части цикла и как следствие — возрастание амплитуды колебаний температуры воздуха в охлаждае­мом объеме на 1-2 °С.

Нагреватели подключаются, как правило, параллельно терморегу­лятору.

Холодильники с принудительным движением воздуха, часто класси­фицируемые как холодильники «No frost», сравнительно с холодиль­никами, в которых реализуется конвективное движение воздуха, об­ладают рядом несомненных достоинств. Принудительное движение

10-996 воздуха в охлаждаемом объеме обеспечивает равномерность темпера­турного поля. Кроме того, упрощается удаление инея с поверхности испарителя. Это связано с тем, что ребристо-трубный испаритель, как правило, устанавливают на задней стенке низкотемпературной каме­ры или в теплоизоляционной перегородке между камерами (рис. 16.2). Поэтому оттаивание испарителя практически не сказывается на изме­нении температуры воздуха в охлаждаемом объеме.

В холодильнике с двумя камерами, расположенными друг над другом (низкотемпературная камера расположена сверху), преимущественно применяют горизонтальное размещение испарителя (рис. 16.2).

Большая часть воздуха из испарителя (75-85%) подается в низко­температурную камеру, оставшаяся часть — в высокотемпературную камеру. Нагревшийся воздух из обеих камер вновь поступает в испа­ритель.

Рис. 16.2 Холодильник с горизонтальным расположением испарителя 1 — компрессор, 2 — терморегулятор, 3 — вентилятор, 4 — окно, 5 — воздухораспределительная решетка, 6 — поддон для воды, 7 — испаритель, 8 — нагреватель испарителя, 9 — желоб для талой воды, 10 — нагреватель, 11 — отверстие для стока воды, 12 — нагреватель, 13 — канал для воды,14 — емкость для воды

Холодный воздух вентилятором 3 через отверстие 4 и воздухорас­пределительные решетки 5 направляется в низкотемпературное отде­ление. Меньшая его часть через отверстие, расположенное в нижней части короба вентилятора, направляется в высокотемпературное от­деление. Отепленный воздух поступает в испаритель через общий ка­нал, расположенный в его торцевой части. Испаритель в холодильнике в традиционном понимании его роли является воздухоохладителем. Он обеспечивает высокую эффективность теплообмена. Одновремен­но испаритель эффективно удаляет влагу из воздуха, в силу чего воз­никает проблема увлажнения воздуха. В противном случае наблюда­ется интенсивная усушка продуктов.

В холодильнике с двумя камерами, расположенными рядом (рис. 16.3) (холодильники емкостью более 400 л), по-иному организовано дви­жение воздуха.

Рис. 16.3 Схема воздухораспределения в холодильнике с холодильными камерами, расположенными рядом

1 — компрессор, 2 — испаритель, 3 — центробежный вентилятор,

4 — воздухораспределительная коробка, 5 — воздуховод, 6 — нагнетательный канал, 7 — подача воздуха в сосуд для мяса,. 8 — всасывающий воздушный канал, 9 — конденсатор, 10 — вентилятор конденсатора

Ю

Центробежный вентилятор 3 нагнетает холодный воздух в распре­делительную коробку 4, в которой он распределяется на два потока. Большая часть через нагнетательный канал 6 подается в высокотем­пературное отделение холодильника. Существенно меньшая часть че­рез межкамерную перегородку направляется в сосуд для хранения мяса.

В сосуде для хранения мяса температура воздуха на 4-5 °С ниже температуры воздуха в высокотемпературном отделении, поэтому дли­тельность хранения мяса может составлять одну неделю.

Воздушный основной поток в верхней части камеры разделяется на два потока. Большая его часть поступает в низкотемпературное отде­ление через торцевые щели между стенкой камеры и воздуховодом 5, меньшая часть поступает в нагнетательный канал 6.

Теплый воздух из высокотемпературного отделения поступает в ис­паритель через канал 8. Из низкотемпературного отделения воздух по­ступает в испаритель, в его среднюю часть.

Работой компрессора управляет регулятор температуры низкотем­пературного отделения. Его чувствительный элемент расположен на входе в нагнетательный канал 6.

Температура воздуха в высокотемпературном отделении регулиру­ется автоматическим регулятором температуры, воздействующим на заслонку, расположенную в нагнетательном канале 5. Прибор уста­новлен на наружной поверхности канала 6, а чувствительный элемент защищен от потока воздуха и располагается вдали от канала, поэтому он реагирует только на температуру воздуха в высокотемпературном отделении.

Данная система регулирования температуры породила ряд техни­ческих трудностей, в частности проблему регулирования температуры в высокотемпературном отделении. Чтобы обеспечить минимально необходимый перепад температур между чувствительным элементом и сильфоном реле температуры, сильфон приходится обогревать на­гревателем мощностью порядка 1 Вт. Если этого не делать, то хладон, заполняющий реле температуры, будет конденсироваться в более хо­лодном по сравнению с чувствительным элементом сильфоне, а не в са­мом чувствительном элементе. Вся жидкость, находящаяся в чувстви­тельном элементе, превратится в пар, который переместится в сильфон. Чувствительный элемент потеряет чувствительность, и реле темпера­туры перестанет работать.

Представленная схема охлаждения свойственна холодильникам боль­шого внутреннего объема, более 400 л. Однако система принудитель­ного движения воздуха может быть реализована и в холодильниках

Схема воздухораспределения в холодильнике с принудительным движением воздуха (холодильник малого объема) 1 — вентилятор, 2 — возврат воздуха из высокотемпературного отделения, 3,15 — каналы, 4 — испаритель, 5 — решетка вентилятора, 6,7 — отверстия для подачи воздуха в низкотемпературное отделение, 8 — канал подачи воздуха в высокотемпературное отделение, 9 — перегородка, 10 — отверстие для прохода воздуха в поддон, 11 — поддон, 12 — отверстие для подачи воздуха в высокотемпературное отделение, 13 — щели для отсоса воздуха из поддона, 14 — отсос воздуха из высокотемпературного отделения, 17 — капсула, 18 — нагреватель

Малого объема, например в холодильниках емкостью 150-200 л. Один из возможных вариантов воздухораспределения в холодильнике пред­ставлен на рис. 16.4.

Низкотемпературное отделение выполнено в виде самостоятельной конструкции 17 (капсулы). Испаритель 4 находится на задней стенке капсулы. Теплый воздух из высокотемпературного отделения засасы­вается вентилятором 1. Воздух поступает через каналы 15 и 3 в отвер­стие 2.

Из низкотемпературного отделения воздух в испаритель поступает через решетку 5. Оба эти потока смешиваются в зоне вращения крыль­чатки вентилятора. Смешение потоков может привести-к выделению влаги, поэтому для ее удаления во время оттаивания включается элек­тронагреватель 18. Воздух, проходя через испаритель 4, разделяется на два потока. Один поток через щели 6 и 7 поступает в низкотемпера­турное отделение. Второй поток через канал 8 попадает на воздухо­распределительную перегородку 9, где повторно разделяется на два потока. Часть воздуха через отверстие 10 в воздухораспределительной перегородке поступает в поддон 11, другая часть по каналам в возду­хораспределительной перегородке направляется к каналам 12, через которые воздух поступает в высокотемпературное отделение.

Холодный воздух из поддона 11 через боковые щели между воздухо­распределительной перегородкой и поддоном направляется в перед­нюю часть камеры. Отепленный воздух из высокотемпературного от­деления поступает в испаритель через каналы 14 и 15.

Представленное техническое решение охлаждения воздуха в холо­дильнике не является совершенным, поскольку наблюдается большая разность температур воздуха на входе в высокотемпературное отделе­ние и возвращающегося в испаритель. Она может достигать 10 °С, что свидетельствует о высокой неравномерности температурного поля в объеме высокотемпературного отделения, аналогичного системам с кон­вективным движением воздуха. Кроме того, подача воздуха непосред­ственно в охлаждаемый объем увеличивает усушку продукта. Острота проблемы может быть уменьшена, если воздух из испарителя, омывая внутреннюю облицовку камеры, затем подается в нее через отверстия в облицовке. Такая конструкция является аналогом панельной систе­мы охлаждения, хорошо зарекомендовавшей себя в части достижения равномерного температурного поля в охлаждаемом объеме при малой величине усушки.

Posted in Холодильная техника