Как работают холодильные машины

К оглавлению
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 
17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 
34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 
51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 
68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 
85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 
102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 
119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 
136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 
153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 
170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 
187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 
204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 
221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 
238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 
255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 
272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 
289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 
306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 
323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 

Каждая жидкость имеет свою температуру кипения. Но, понижая давление над жидко­стью, можно достигнуть понижения темпера-

Схема компрессионной холодильной установки непосредствен­ного испарения.

туры кипения. При кипении жидкость — ее называют холодильным агентом — отнимает тепло у охлаждаемого тела. Эффект охлаждения за счет кипения жидкости используется в паровых холодильных машинах.

Наибольшее распространение получили компрессионные холодильные маши­ны. Машины эти состоят из четырех основных узлов: испарителя, компрессора, конденсатора и регулирующего вентиля. Узлы соединены трубками и представляют собой единую гер­метичную систему, заполненную легкокипящим холодильным агентом.

Испаритель, в виде змеевика или ребристой батареи, расположен непосредственно в шкафу или в камере, где хранятся продукты. Холо­дильный агент кипит в испарителе при низкой температуре (минус 15—20°), охлаждая при этом воздух в камере примерно до 0°.

Компрессор отсасывает пары из испарителя, обеспечивая в нем низкое давление, и сжимает эти пары, направляя их в конденсатор. На сжатие паров затрачивается работа, и они нагреваются выше температуры окружающей среды. В конденсаторе пары охлаждаются воз­духом (или водой) и снова превращаются в жидкость (конденсируются). Затем жидкий холо­дильный агент проходит через маленькое отвер­стие регулирующего вентиля. Давление жидко­сти при этом падает, и она снова поступает в испаритель, где за счет кипения охлаждает шкаф или камеру.

В качестве холодильных агентов применяют аммиак, фреон-12 и др.

Фреон-12 находит применение в небольших машинах, которые охлаждают шкафы, прилавки и камеры в магазинах, столовых и ресторанах. Аммиак же используют для крупных промыш­ленных холодильных машин.

Наряду с компрессионными существуют и другие типы паровых холодильных машин: эжекторные и абсорбционные.

В эжекторных машинах для отвода паров из испарителя используется подсасывающий эф­фект струи пара, которая с большой скоростью проходит через узкое отверстие сопла эжектора. В непосредственной близости около струи па­ра, имеющей большую скорость, создается ва­куум. Поэтому пары из испарителя по трубке поступают в камору эжектора.

В абсорбционных машинах отвод паров из испарителя осуществляется за счет растворения и поглощения их жидкостью в специаль­ном аппарате — абсорбере. Насыщенный рас­твор сжимают насосом, а затем подогревают (в генераторе). Пары из раствора при этом вы­деляются. Слабый раствор поступает обратно в абсорбер, а пары — в конденсатор. Там, охлаждаясь, они превращаются в жидкость, которая, проходя через регулирующий вен­тиль, снова поступает в испаритель.

В последние годы в холодильное дело все настойчивее и успешнее вторгается техника полупроводников (об этом, а также о других областях применения полупроводников под­робно рассказано в ст. «Полупроводники в технике»).

Свежие фрукты круглый год

Для хранения продуктов в местах их заго­товки строят крупные холодильники. Совре­менный холодильник — это большое здание без окон, со стенами, облицованными изнутри материалами с низкой теплопроводностью. Зда­ние разбито на отдельные камеры. В каждой из них хранятся определенные продукты и под­держивается нужная температура. Опыт по­казал, что для каждого продукта есть вполне определенные границы температуры, позволяющие дольше всего сохранять его вкусовые и пи­тательные качества.

Схема пароводяной эжекторной холодильной машины.

Так работает абсорбционная холодильная машина.

Сама холодильная машина расположена в отдельном помещении, а холо­дильный агент или просто охлажденный воздух подается в камеры.

Для хранения и перевозки рыбы исполь­зуют суда-рефрижераторы — плавучие холо­дильники. По железным дорогам скоропортя­щиеся продукты долгое время перевозили толь­ко в вагонах-ледниках. В специальные «кар­маны» этих вагонов загружался лед. Теперь появились целые поезда-рефрижераторы. В од­ном вагоне располагаются холодильная ма­шина и двигатель, который приводит ее в дей­ствие, другие вагоны — это холодильные ка­меры. Часто на улицах города можно видеть автомобиль с длинным закрытым серебристым кузовом. Это авторефрижератор. В передней части кузова помещается холодильная машина. Компрессор ее приводится в движение двух­тактным мотоциклетным двигателем. Испари­тель расположен в холодильной камере, зани­мающей остальную часть кузова. Для более равномерного охлаждения продуктов в камере помещен вентилятор, создающий циркуляцию воздуха. В таких авторефрижераторах поддер­живается температура -15°.

Свежие продукты, доставленные в города, попадают в магазины, столовые. Там тоже имеются холодильные камеры, шкафы. Они пол­ностью автоматизированы. Для хранения моло­ка, например, требуется температура от +2° до +4°. При достижении температуры +2° компрессор автоматически выключается. Когда температура в шкафу из-за притока тепла под­нимется до + 4°, давление паров фреона-12 в испарителе возрастет и специальный при­бор — прессостат— снова включит компрессор. Так же работают и наиболее распространен­ные домашние холодильники — компрессион­ные. В верхней части небольшого шкафчика такого холодильника расположен испаритель. Между двойными стенками холодильника про­ложена изоляция, препятствующая проникнове­нию тепла внутрь. Основные узлы холодильной машины — компрессор с электромотором в гер­метическом кожухе и змеевиковый конденса­тор — расположены на задней стенке шкафа. Автоматическое включение и выключение комп­рессора, когда в шкафу достигнута необходимая температура, производит специальный при­бор — термостат. Установив ручку термостата на определенном делении шкалы, вы получите нужную температуру в шкафу.

В настоящее время применяются новые ме­тоды хранения продуктов. Оказывается, если их заморозить очень быстро, то они гораздо дольше и лучше сохраняют свои вкусовые свойства. На­пример, свежеиспеченные булочки, став от рез­кого воздействия холода твердыми, как ка­мень, могут в таком состоянии храниться до двух месяцев. Если их прогревать 10 минут в ду­ховке, булочки снова станут мягкими и аромат­ными. Таким же способом можно долго сохра­нять фрукты, овощи, даже готовые обеды.

Быстрое охлаждение производят в спе­циальных скороморозильных машинах. Чтобы ускорить охлаждение, вентилятор гонит в этих аппаратах холодный воздух с очень большой скоростью.

А знаете ли вы, как делают мороженое?

Молоко или сливки смешивают с сахаром и водой, нагревают до 65° и выдерживают в течение получаса. При этом погибают все мик­роорганизмы. Затем смесь фильтруют и сжи­мают насосом до 150 атм. Под таким большим давлением ее с громадной скоростью пропус­кают через маленькое отверстие, причем на пути помещают твердую преграду. Жировые частич­ки, ударяясь о нее, разбиваются на мельчай­шие брызги (до одного микрона), и смесь ста­новится совершенно однородной.

Теплая масса выливается на трубки охла­дителя. В верхних трубках протекает холодная вода, а в нижних — холодильный агент с тем­пературой от -5 до -6°. Смесь охлаждают до +4° и направляют в холодильный аппарат— фризер. Это горизонтально расположенный ци­линдр с двойными стенками, между которыми под низким давлением кипит аммиак. Он охлаждает поступающую смесь до темпера­туры -4°; затем ее взбивают и насыщают воз­духом. Вращающиеся ножи снимают с внут­ренней стенки загустевшую, как сметана, мас­су. Теперь мороженое разливают в формочки. Готовые порции мороженого кладут между двумя вафлями или обливают шоколадом, после чего остается только завернуть их в бумагу.

Глубокий холод

В предыдущих разделах статьи «Искусст­венный холод» рассказывалось о холодильном деле, связанном с пищевой промышленностью, с механикой хранения и транспортировки про­дуктов питания. Проблема получения и исполь­зования глубокого холода (температура ни­же -120°) не имеет прямого отношения к указанной теме. Однако без рассказа о сверхнизких температурах и их применении статья об ис­кусственном холоде была бы неполной.

Получать температуры ниже -120° с помо­щью компрессионных установок сложно и не­выгодно. Для этой цели применяются другие методы.

Если сжатый газ направить в цилиндр, то он расширится и переместит поршень, совершив при этом работу. Теряя свою энергию, газ сильно охлаждается. Такая машина называется детандером. Если сжатый газ направить на лопатки вращающегося колеса — турбо-

Схема работы машины для сжижения воздуха.

детандера, то и в этом случае, вращая ротор, он резко снизит свою температуру. Так, при падении давления с 6 до 1 атм воздух охлаждается с +20° до -90°.

В установке для получения жидкого воздуха сжатый в компрессоре до 5—6 атм воздух, прежде чем попасть в турбодетандер, охлаж­дается в теплообменнике. Из турбодетандера еще более охлажденный воздух поступает в кон­денсатор. Там он охлаждает и превращает в жидкость другую часть воздуха, которая с давлением 5—6 атм поступает из теплообмен­ника в межтрубное пространство конденсатора. Через вентиль жидкий воздух направляется в нижнюю часть конденсатора, где давление уже 1 атм. Оттуда его можно слить в спе­циальный сосуд Дьюара, где благодаря изоля­ции, создаваемой безвоздушным пространством между двойными стенками, жидкий воздух можно сохранять долгое время.

Получение сверхнизких температур позво­лило открыть интересные свойства различных веществ. Так, резина в жидком воздухе ста­новится хрупкой, некоторые металлы начи­нают очень хорошо проводить электрический ток, а свинцовый колокольчик приобретает звучание чистого серебра.

Важнейшее применение глубокого холода — сжижение газов. Каждый газ имеет свою крити­ческую температуру. Пока температура его выше критической, никаким давлением нельзя превратить его в жидкость. При современном развитии холодильной техники стало возмож­ным охлаждать газы намного ниже их критиче­ской температуры и превращать их в жидкость при невысоких давлениях. Это позволило де­шевым способом получать многие нужные нам газы. Так, если постепенно подогревать жидкий воздух, то сначала из него выделяет­ся азот, имеющий более низкую температуру кипения, а жидкий кислород остается в сосуде. Этот способ получения кислорода широко при­меняется в промышленности.