Понятия о принципах естественного и машинного охлаждения

Диапазон низких температур, получаемых для удовлетворения нужд различных технологий весьма широк и условно подразделяется на две области:

¾ область умеренных температур до -153⁰ С (120⁰ К);

¾ область криогенных температур ниже - 153⁰ С.

На предприятиях торговли и общественного питания обычно используют технологическое оборудование, обеспечивающее охлаждение продуктов до температур не ниже –50⁰ С.

Охлаждение – это процесс отвода тепла от охлаждаемого вещества, сопровождающийся понижением его температуры, которая является мерой внутренней энергии вещества. Для охлаждения необходимо иметь два тела: охлаждаемое и охлаждающее. Охлаждающее тело называется рабочим веществом. Общий принцип охлаждения можно свести к тому, что при соприкосновении двух тел, обладающих определенной внутренней энергией, происходит столкновение молекул и передача энергии от более нагретого тела к менее нагретому. Различают два способа охлаждения: естественное и искусственное (машинное).

Согласно 1 закону термодинамики при естественном охлаждении температура охлаждаемого вещества понижается только до температуры охлаждающего вещества, т.е. окружающей среды. Для естественного охлаждения используют процессы фазового превращения, происходящие при плавлении и сублимации рабочего тела.

Плавление ¾ это процесс перехода вещества из твердого состояния в жидкое. Процесс плавления твердого тела начинается при достижении веществом температуры плавления, которая остается постоянной до тех пор, пока весь объем тела не расплавится. Для совершения данного фазового превращения веществу необходимо затратить определенное количество тепла, которое называется теплотой плавления. Именно эта теплота и поглощается от охлаждаемого продукта. Понятно, что чем ниже температура плавления и больше теплота плавления рабочего тела, тем выше эффективность процесса охлаждения. На этом принципе основано охлаждение с помощью водяного и эвтектического льда. Эвтектический лед получают из 23 % водосоляного раствора.

Сублимация ¾ это процесс перехода охлаждающего вещества из твердого состояния в газообразное, минуя жидкую фазу. Сублимация характеризуется температурой кипения и теплотой сублимации. Сублимация применяется для охлаждения продуктов с помощью сухой углекислоты. Сухую углекислоту получают из

жидкой углекислоты путем ее дросселирования (понижения давления) до тройной точки (0518 мПа). Достоинством охлаждения с помощью сухой углекислоты является более высокая холодопроизводительность и отсутствие застоя воздуха, т.к. образующаяся при сублимации газообразная углекислота имеет большую плотность и постоянно вытесняет воздух

Теплофизические характеристики наиболее распространенных веществ, используемых в качестве рабочих тел при естественном охлаждении, приведены в табл. 3.

Таблица 3

Характеристики рабочих тел для естественного охлаждения

Для организации хранения товарных запасов способом естественного охлаждения обычно используют специальные помещения, называемые ледниками. Схематично конструкция ледника выглядит следующим образом (рис. 3.1).

Естественное охлаждение отличается относительной простотой и низкой себестоимостью. Его удобно использовать при транспортировке товара и выездной торговле. Вместе с тем, недостатками естественного охлаждения являются то, что рабочее тело в процессе охлаждения теряет свою охлаждающую способность, что затрудняет поддержание заданных температурных режимов и не позволяет осуществлять непрерывное охлаждение. Кроме того, естественное охлаждение, как правило, связано с повышенной влажностью, что ухудшает условия хранения. Поэтому, основные способы холодильного хранения, применяемые на предприятиях торговли и общественного питания, основаны на машинном или искусственном охлаждении.

Рис 3.1. Схема ледника

Искусственное охлаждение позволяет осуществлять непрерывное охлаждение до температуры хранения и поддерживать эту температуру постоянной в течение всего срока хранения, а также обеспечивать другие оптимальные условия хранения (влажность, интенсивность движения воздуха и т.д.). Кроме того, этот способ позволяет осуществлять направленное охлаждение, что широко используется для технологических целей.

Искусственное охлаждение основано на таких фазовых превращениях рабочего вещества, как кипение, конденсация, и дросселирование. Рабочее вещество часто называют холодильным агентом или хладагентом.

Кипение ¾ это процесс парообразования, при котором происходит интенсивное превращение жидкости в сухой насыщенный пар. Процесс парообразования сопровождается поглощением тепловой энергии извне, называемой теплотой парообразования. Для искусственного охлаждения применяют рабочие тела, обладающие низкой температурой кипения и высокой удельной теплотой парообразования.

Конденсация ¾ это процесс перехода вещества из парообразного состояния в жидкое, что сопровождается выделением теплоты в окружающую среду и понижением его температуры.

Дросселирование ¾ это процесс резкого понижения давления рабочего вещества, что провоцирует переход вещества из жидкого состояния в парообразное и приводит к понижению его температуры.

При искусственном охлаждении тепло, отобранное от продукта, передается окружающей среде с более высокой температурой. Для передачи тепла от более холодного к более нагретому телу необходимо затратить дополнительную энергию и совершить работу, что соответствует второму закону термодинамики.