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