Міністерство освіти і науки, молоді та спорту україни

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

В.Ф. ДОЦЕНКО

В.О. ГУБЕНЯ

Г.М. ЛЯВИНЕЦЬ

УСТАТКУВАННЯ ЗАКЛАДІВ РЕСТОРАННОГО ГОСПОДАРСТВА

(УСТАТКУВАННЯ ЗАКЛАДІВ ГОТЕЛЬНО-РЕСТОРАННОГО

ГОСПОДАРСТВА)

ЧАСТИНА ІІ

Торгове і холодильне устаткування

КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ

з дисципліни "Устаткування закладів ресторанного господарства" для студентів денної та заочної форм навчання напряму підготовки 6.051701 "Харчові технології та інженерія" (Технологія харчування) та

"Устаткування закладів готельно-ресторанного господарства" для               студентів напряму підготовки 6.140101 "Готельно-ресторанна справа"

Всі цитати, цифровий та фактичний матеріал, бібліографічні відомості перевірені. Написання одиниць відповідає стандартам     Підписи авторів _________________ " 29 " травня 2012  р.

СХВАЛЕНО на засіданні кафедри технології харчування та ресторанного бізнесу як конспект лекцій Протокол № 24 від 29.05.2012

КИЇВ НУХТ 2012

В.Ф. Доценко, В.О. Губеня, Г.М. Лявинець Конспект лекцій з дисципліни "Устаткування закладів ресторанного господарства", Частина ІІ "Торгове і холодильне устаткування" для студентів денної та заочної форм навчання напряму підготовки 6.051701 "Харчові технології та інженерія" (Технологія харчування)  та "Устаткування закладів готельно-ресторанного господарства" для студентів напряму підготовки 6.140101 "Готельно-ресторанна справа"                 К.; НУХТ, 2012. – 121 с.

 

В.Ф. ДОЦЕНКО, д.т.н., професор

В.О. Губеня, асистент

Г.М. ЛЯВИНЕЦЬ, асистент

 

 

 

 

                                                                   © В.Ф. Доценко, 2012

                                                                   © НУХТ, 2012

ВСТУП

Збереження харчової та біологічної цінності сировини, продуктів і напівфабрикатів під час тривалого зберігання можливе при використанні процесу охолодження як дієвого способу консервування. Природний холод використовувався людиною здавна, а широке застосування штучного охолодження розпочалося у 80-ті роки ХІХ століття, коли була створена перша промислова модель холодильної машини. Сьогодні провідне місце в холодильній техніці посідають малі холодильні машини, які широко розповсюджені в ресторанному господарстві, торгівлі та побуті. Це холодильні камери і шафи, холодильні прилавки та вітрини, льодогенератори, фризери для виробництва морозива, охолоджувачі для напоїв, апарати інтенсивного ("шокового") заморожування, мінібари тощо. Торгове холодильне обладнання призначене для короткочасного зберігання при зниженій температурі, демонстрації та продажу попередньо охолоджених або заморожених харчових продуктів. Холодильні машини з низькою та середньою холодопродуктивністю йдуть в авангарді холодильної техніки – саме в них вперше запроваджено повну автоматизацію роботи машини, агрегацію та монтаж основних елементів машини на заводі-виробнику, застосування нових видів холодильних агентів, герметизація компресорів тощо.

В частині конспекту "Торгове устаткування" наведено характеристику основних видів немеханічного обладнання, яке використовується в закладах ресторанного господарства (торгові меблі, інвентар складських та виробничих приміщень тощо), а також описано ваговимірювальне, дозувально-формувальне устаткування і торгові автомати.

Матеріал даного конспекту лекцій є результатом опрацювання значної кількості сучасних літературних джерел, тому може бути використаний для самостійної роботи студентів під час вивчення дисциплін "Торгове і холодильне устаткування ресторанного господарства" і "Устаткування закладів готельно-ресторанного господарства". Для успішного освоєння матеріалу студенту необхідно мати базові знання з таких дисциплін як "Теплотехніка", "Процеси і апарати харчових виробництв", "Теоретичні основи виробництва продукції ресторанного господарства".

Викладення інформації в конспекті лекцій супроводжується відповідними рисунками та схемами обладнання, що дає змогу студентам якнайкраще зрозуміти будову та принцип роботи устаткування. Оскільки на ринку устаткування для ресторанного господарства регулярно з'являються вдосконалені моделі обладнання, майбутнім рестораторам та фахівцям з готельної і ресторанної справи потрібно відвідувати спеціалізовані виставки та інтернет-сторінки фірм-виробників, щоб не залишатися осторонь нових технічних розробок. Вільне володіння інформацією про сучасні види устаткування в готельному і ресторанному бізнесі надасть молодим спеціалістам більше впевненості на ринку праці або під час організації власної справи.     

Бажаємо успіхів!

ХОЛОДИЛЬНЕ УСТАТКУВАННЯ

План

1.1 Поняття теплоти і холоду

1.2 Поняття "робоче тіло" та параметри, які характеризують його стан

1.3 Загальний принцип роботи холодильних машин

1.4 Характеристика способів штучного охолодження

    1.4.1 Охолодження за допомогою процесів фазового переходу

    1.4.2 Адіабатичне дроселювання газу

    1.4.3 Вихровий ефект Ранка-Хільша

    1.4.4 Термоелектричний ефект Пельєтьє

 

Поняття теплоти і холоду

Всі тіла в природі складаються з молекул. Молекули перебувають у безперервному хаотичному русі та об'єднані силами взаємного притягання. Подібно до інших рухомих тіл, молекули володіють кінетичною енергією (Е_к), а сила притягання між ними означає присутність запасу потенціальної енергії (Е_п). Сума кінетичної і потенціальної енергії молекул утворює внутрішню енергію тіла:

Е_в = Е_к + Е_п

Під час самопливного термодинамічного процесу внутрішня енергія може частково передаватися від одного тіла (групи тіл) до іншого тіла (групи тіл) уформі теплоти. Таким чином, передача теплоти є одним із способів переходу частини внутрішньої енергії від одного тіла до іншого. Особливістю цієї форми передачі енергії є те, що вона здійснюється за допомогою енергетичної взаємодії молекул, які беруть учать у процесі, без видимого руху тіл.

З точки зору молекулярно-кінетичної теоріїперехід теплоти – це передача молекулами одного тіла частини своєї кінетичної енергії іншому тілу.

Оскільки теплота – це частина внутрішньої енергії, яка передається в термодинамічному процесі, то прийнято говорити, що теплота підводиться або відводиться від тіла. Енергія, відведена у формі теплоти (відведена теплота), вважається від ' ємною, а підведена у формі теплоти (підведена теплота) –      додатною.

Згідно всього сказаного, сформулюємо таке визначення: кількість теплоти – це ступінь зміни внутрішньої енергії, яка перейшла від одного тіла до іншого внаслідок енергетичної взаємодії молекул без видимого руху самих тіл.

Передача частини внутрішньої енергії тіла, яка супроводжується видимим направленим рухом тіла, називається роботою. Наприклад, внутрішня енергія газоподібних речовин може змінюватися під час їхнього розширення з подоланням опору зовнішніх сил, а також внаслідок стискання під дією зовнішніх сил. При цьому змінюється взаємне розміщення молекул газу та характер їх руху.

 

Отже, передача теплоти і робота є різними формами передачі внутрішньої енергії під час термодинамічного процесу. Теплота і робота для певної кількості речовини вимірюється в джоулях (Дж, кДж).

Таким чином, поняття теплоти можна кількісно оцінити (Дж), а                           поняття холоду є умовним і застосовують в тому випадку, коли теплота відводиться від одного тіла до іншого або в навколишнє середовище.

1.2 Поняття "робоче тіло" та параметри, які характеризують його стан

Для роботи холодильної машини необхідно мати робоче тіло – речовину, яка здатна приймати та віддавати теплоту, змінюючи при цьому свій стан. Як робочі тіла використовують переважно рідини з низькою температурою кипіння і порівняно невисоким значенням тиску пари.

Стан речовини характеризується певними значеннями різних фізичних величин, які називаються параметрами стану. Основні параметри стану такі:

- температура  Т, К

- тиск р, Па

- питомий об'єм υ, м³/кг

Температура – це параметр теплового стану, значення якого визначається середньою кінетичною енергією молекул даного тіла. Поняття температури є статистичним і стосується лише тих тіл, які складаються з великої кількості молекул.

Оскільки фізичного еталону температури не існує, температурна шкала представлена набором декількох фіксованих температур – так званих реперних точок. Реперними точками прийнято температури фазових переходів: "замерзання"-"плавлення" і "кипіння"-"конденсація".

Для оцінки величини температури широко використовується стоградусна температурна шкала Цельсія (1742 р.). Один градус даної шкали дорівнює 1/100 температурного інтервалу між температурою плавлення водяного льоду (0 ^оС) і температурою кипіння води (100 ^оС).

В зарубіжній технічній літературі зустрічаються також температурні шкали Фаренгейта (^оF) та Ренкіна (^оRa), які пов'язані між собою та шкалою Цельсія так:

В середині XIX ст. У. Томсон (Кельвін) обґрунтував існування абсолютної термодинаміч­ної шкали температури. За одиницю було прийнято К (Кельвін). Згідно даної шкали, 1 К = 1 ^оС, проте точки відліку шкал відрізняються:

Тиск рідини або газу – це сила F, яка діє на одиницю поверхні тіла S у напрямку, перпендикулярному цій поверхні:

де   р – тиск, Па; F – сила, Н; S – площа поверхні, м².

В системі СІ тиск вимірюється в паскалях (1Па = 1Н/м²). На практиці використовується мегапаскаль (1МПа = 10⁶ Па) та позасистемні одиниці – технічна атмосфера (ат), бар, кг/см².

Залежно від початкового тиску розрізняють декілька систем відліку.

Тиск, який вимірюють від абсолютного вакууму, називають абсолютним р_а.

Тиск, представлений як різниця між абсолютним (р_а) і барометричним (р_б), називається надлишковим р_н

Тиск, нижчий барометричного називається вакууметричним р_в.

Питомий об ' єм – це об'єм речовини, віднесений до її маси. Питомий об'єм вимірюється в м³/кг.

Параметри стану пов ' язані між собою залежністю:

f (р, υ, T) = 0

З даного рівняння випливає:

- можливо визначити фізичний стан тіла, якщо відомі величини, які характеризують його стан;

- якщо для даного тіла відомі два параметри стану, то можна розрахувати і третій.

Якщо робоче тіло змінює свій стан і його параметри набувають інших значень, то змінюється і величина внутрішньої енергії. Таким чином, внутрішня енергія також є параметром стану.

Процес зміни стану робочого тіла називається термодинамічним процесом.

Процеси бувають рівноважні та нерівноважні. Після протікання рівноважного процесу в одному напрямку, його можна провести в протилежний і повернути тіло в початковий стан, тому рівноважні процеси є оборотними. Після протікання нерівноважних процесів тіло не повертається в початковий стан, оскільки в реальних умовах існує значна різниця тиску і температур між зовнішнім середовищем і тілом, тому реальні нерівноважні процеси є необоротними.

Якщо тепло переноситься від джерела низької температури до джерела з температурою вищою, ніж у навколишньому середовищі, то машина працює за комбінованим циклом і може використовуватися як для охолодження, так і для нагрівання.

Таблиця 1.1 – Характеристика льодосоляної суміші (NaCl)

Співвідношення солі до маси льоду	Температура плавлення суміші, ^оС	Холодопродуктивність 1 кг суміші, кДж/кг	Середня густина розчину при 15 ^0С
0 5 10 15 20 25 30	0 -3,1 -6,2 -9,9 -13,7 -17,8 -21,2	333 314 285 260 239 214 193	1,000 1,031 1,067 1,098 1,114 1,152 1,174

Змінюючи місткість ємностей та їх кількість можна забезпечити охолодження достатньо великих об'ємів камер. Крім того, вони можуть бути використані як додаткові джерела холоду в години пікових навантажень у стаціонарних холодильниках.

Сублімація – перетворення твердих тіл в газоподібний стан, обминаючи рідку фазу. Для охолодження таким способом використовують твердий діоксид вуглецю.

Як охолоджуюче середовище сухий лід має значні переваги перед водяним льодом: холодопродуктивність на одиницю маси в 1,9, на одиницю об'єму в 7,9 разів більша; при атмосферному тиску сухий лід переходить в газоподібний стан, оминаючи рідку фазу, що виключає зволоження поверхні продукту. Внаслідок низької температури сублімації сухого льоду (-78,9 ^оС) та виділенню газоподібного діоксиду вуглецю знижується концентрація кисню над поверхнею продукту, створюються несприятливі умови для розвитку мікроорагнізмів.

Сухий лід укладають на поверхню упаковок продуктів та між ними і використовують як охолоджувальне середовище для зберігання морозива, фруктів та ягід.

Здійснити охолодження за допомогою плавлення льоду або сублімації вуглекислого газу можна лише маючи значні запаси робочої речовини. Тому під час машинного охолодження частіше за все використовують здатність деяких робочих тіл кипіти за низьких температур. Забезпечити безперервне охолодження можна при використанні однієї і тієї ж кількості холодильного агента, якщо після отримання холодильного ефекту повернути робоче тіло в початковий стан. Зниження тиску робочого тіла дає змогу знизити температуру його кипіння до потрібної величини. Зниження температури кипіння холодильного агента збільшує кількість поглинутої ним теплоти.

Основні вимоги до газів, які обрано робочими тілами холодильних машин:

- зріджений газ під час кипіння повинен поглинати якомога більше теплоти, тобто мати високу теплоту пароутворення;

- під час переходу з рідкого стану в газоподібний не повинна утворитися велика кількість парів;

- кипіння зрідженого газу та перетворення його назад в рідкий стан повинне відбуватися за низького тиску і температури.

Фазовий перехід робочого тіла для отримання низьких температур використовується в парокомпресійних, абсорбційних, сорбційних та пароежекторних холодильних машинах.

Компресійні парові машини. Більшість діючих сьогодні холодильних машин – парокомпресійні, основними елементами яких є випарник, компресор, конденсатор, регулювальний вентиль та прилади автоматики. За типом компресора такі машини поділяються на поршневі, відцентрові, гвинтові та ротаційні. Докладніше про будову та принцип роботи компресійних холодильних машин описано в наступній лекції.

Абсорбційні холодильні машини. Абсорбційні холодильні машини відрізняються від компресійних тим, що їх робота здійснюється із затратами теплової енергії. Іншими словами, відведення теплоти від об'єкта в навколишнє середовище відбувається за рахунок підведення зовнішньої енергії у вигляді теплоти, а не роботи.

Схема абсорбційної холодильної машини наведено на рис. 1.3.

Рис. 1.3 Схема абсорбційної холодильної машини В – випарник; Аб – абсорбер; Н – насос; КП – генератор (кип'ятильник); КД – конденсатор; РВ1 і РВ2 – регулювальні (дросельні) вентилі

Робочим тілом абсорбційної холодильної машини є бінарний розчин (аміак-вода або вода-бромід літію). За однакового тиску компоненти бінарного розчину мають різну температуру кипіння. Речовину з меншою температурою кипіння називають холодильним агентом, а з більшою – абсорбентом. При використанні розчину аміак-вода холодильним агентом виступає аміак, а у випадку застосування суміші вода-бромід літію холодильним агентом є вода.

Водоаміачні машини використовують для отримання відносно низьких температур (до –70 °С), а бромистолітієві – для більш високих.

Холодильний агент кипить у випарнику В за рахунок теплоти Q ₀, яка відводиться від об'єму, який охолоджується. Пароподібний холодильний агент інтенсивно поглинається в абсорбері Аб слабким водоаміачним розчином. Поглинання супроводжується виділенням теплоти Q _Аб, яка відводиться в навколишнє середовище або охолоджувальну воду. Насичений аміаком розчин із абсорбера Аб перекачується насосом Н в генератор (кип'ятильник) КП. Генератор нагрівається від зовнішнього джерела теплоти (Q _КП) і з розчину випаровується чистий холодильний агент – аміак. Збіднений розчин через вентиль РВ₂ відводиться в абсорбер з одночасним зниженням тиску від р_к до р₀. Пароподібний холодильний агент з тиском р_к подається в конденсатор КД і при відведенні теплоти конденсується (переходить із пароподібного стану в рідкий). Рідкий холодильний агент через вентиль РВ₁ подається у випарник В зі зниженням тиску від р_к до р₀.

За наведеною схемою працюють холодильні машини великих підприємств харчової та хімічної промисловості.

На підприємствах торгівлі, в готелях та побуті використовують абсорбційні холодильні машини, які працюють за безнасосною схемою (рис. 1.4).

Функцію насосу для створення різниці тисків конденсації р _к і кипіння р ₀ виконує інертний до холодильного агента та абсорбента газ – водень.

Абсорбційні холодильні машини перспективні з точки зору економії паливно-енергетичних ресурсів, оскільки дають змогу використовувати вторинні ресурси (відпрацьована пара, гаряча вода), теплоту ТЕЦ в неопалювальний період. В абсорбційних машинах не використовуються хлорфторвуглеводні, які негативно впливають на озоновий шар. Використання таких холодильних машин дозволяє уникнути викидів машинного мастила в навколишнє середовище.

Абсорбційні холодильні машини працюють при температурі зовнішнього джерела теплоти 70 – 180 °С (частіше 155 – 180 °С). Діапазон температур до               70 °С при цьому не реалізується, відповідно теплота частіше за все викидається в атмосферу. Проте в такому діапазоні температур можуть працювати сорбційні холодильні машини.

Сорбційні холодильні машини. В даному типі машин використовують робочі суміші з повною взаємною розчинністю компонентів (ацетон і пропанбутанова суміш, водні розчини роданіду амонію тощо). За допомогою сорбційних машин можливо отримувати холод на рівні –30 °С.

Область застосування сорбційних холодильних машин – побутові холодильники, кондиціонери та автомобільний транспорт. В побутових холодильниках і кондиціонерах можливе використання енергії сонячного випромінювання за допомогою сонячних колекторів. Сорбційні холодильні машини, встановлені на холодильниках агропромислового комплексу і торгівлі, дають змогу додатково виробляти холод використанням теплоти перегріву парів холодильного агента і теплоти охолоджуючого мастила гвинтових компресорів.

Рис. 1.4 Схема безнасосної абсорбційної холодильної машини 1 – нагрівач; 2 – термосифон; 3 – кип'ятильник (генератор); 4 – ректифікатор; 5 – конденсатор; 6 – збірник водню; 7 – випарник; 8 – холодильна шафа; 9 – теплообмінник; 10 – збірник; 11 – абсорбер; 12 – теплообмінник

1.4.2 Адіабатичне дроселювання газу (ефект Джоуля-Томсона)

Дроселювання виникає, коли на шляху потоку газу чи рідини встановлюється перешкода у вигляді пористої перегородки, вентиля чи просто звуження самого перерізу потоку діафрагмою, а далі потік знову рухається у широкому перерізі.

Адіабатним називається процес, що проходить лише за рахунок внутрішньої енергії тіла, без підводу теплоти ззовні і без передачі її навколишньому середовищу.

Адіабатичне дроселювання – це процес необоротного розширення газу або рідини після проходження його через перегородку з малим прохідним перетином (дросель, пориста перегородка) без здійснення корисної зовнішньої роботи і теплообміну з навколишнім середовищем. Іншими словами, газ або рідина швидко переходять від зони високого тиску до низького (рис. 1.5).

Рис. 1.5 Схема адіабатичного дроселювання газу

 

Залежно від властивостей і стану речовини, яка дроселюється, її внутрішня енергія (Ев) за дросельною ділянкою може стати більшою або меншою. Параметри стану речовини при цьому змінюються. Відповідно кінцева температура речовини може збільшитися, знизитися або залишитися без змін, порівняно з початковою. Точка, яка відповідає початковому стану речовини, в якій температура при адіабатичному дроселюванні не змінюється, називається точкою інверсії, а температура, що відповідає цій точці – температурою інверсії.

Більшість газів, окрім водню і гелію, мають достатньо високу температуру інверсії (600 °С і вище), тому практично для всіх газоподібних речовин адіабатичне дроселювання призводить до зниження температури.

Зміна Е_в відбувається в результаті механічної взаємодії речовини з середовищем. Дану взаємодію можна умовно розглядати як рух двох поршнів А і Б разом з потоком речовини (рис. 1.5).

Ліворуч від поршня А на нього діє середовище. В результаті між поршнями А і Б виконується робота над потоком речовини і вона має від'ємний знак:

р₁·F₁·s₁ = - p₁·V₁

F₁ – площа поршня;

s₁ – хід поршня;

р₁ – тиск до зони дроселювання;

V₁ – об'єм, який витіснено поршнем.

Ця робота збільшує внутрішню енергію середовища між поршнями і називається внутрішньою роботою проштовхування.

За рахунок внутрішньої енергії речовини між поршнями А і Б поршень Б виконує роботу і витісняє середовище праворуч від себе. В цьому випадку робота зменшує внутрішню енергію речовини між поршнями:

р₂·F₂·s₂ = p₂·V₂

Сумарна об'ємна робота, яку виконує речовина становить:

p₂·V₂ – p₁·V₁ < > 0

Даний вираз відповідає роботі проштовхування газу крізь дросель.

Слід зазначити, що кінетична енергія теплового руху молекул має додатній знак, а потенціальна енергія взаємного тяжіння – від'ємний. Зі збільшенням об'єму потенціальна енергія збільшується. Під час дроселювання відбувається збільшення об'єму речовини V₂  > V₁, тому збільшується і від'ємна складова внутрішньої енергії.

Якщо p₂·V₂ – p₁·V₁ > 0, то середовище між поршнями витрачає внутрішню енергію на виконання об'ємної роботи над зовнішнім середовищем. В цьому випадку зниження температури (зменшення кінетичної енергії молекул) буде проходити як наслідок росту від'ємної складової внутрішньої енергії середовища завдяки збільшенню об'єму, так і в результаті витрат внутрішньої енергії середовища між поршнями на виконання об'ємної роботи.

Якщо p₂·V₂ – p₁·V₁ < 0, то зовнішнє середовище за рахунок об'ємної роботи збільшує внутрішню енергію середовища між поршнями. Тут можливі декілька варіантів:

- якщо збільшення внутрішньої енергії в результаті об'ємної роботи менше, ніж зростання від'ємної складової внутрішньої енергії, пов'язаної з ростом об'єму, то відбудеться зниження температури;

- якщо об'ємна робота компенсує зростання від'ємної складової внутрішньої енергії, пов'язаної з ростом об'єму, то температура при дроселюванні не зміниться;

- якщо буде надлишок об'ємної роботи, температура при дроселюванні збільшиться.

При p₂·V₂ – p₁·V₁ = 0 зниження температури буде відбуватися лише в наслідок збільшення від'ємної складової внутрішньої енергії, пов'язаної зі збільшенням об'єму.

Адіабатичне дроселювання газу в детандері (розширювачі) використовують для отримання кріогенних температур в повітряних холодильних машинах. Холодопродуктивність повітряних холодильних машин становить 30–60 кВт. Вони не є широко розповсюдженими, проте іноді використовуються для швидкого охолодження плодів, овочів, ягід та кулінарних виробів.

Вихровий ефект Ранка-Хільша

Під час подачі стиснутого повітря, яке має температуру навколишнього середовища, в циліндричну трубу по дотичній до її поверхні, центральна частина потоку буде мати більшу швидкість, ніж периферійна. Через це температура повітря біля стінки труби буде вища, а в центрі – нижча за температуру повітря, що подається в трубу.

З термодинамічної точки зору процеси у вихровій трубі полягають в тому, що шари повітря, які обертаються поряд з віссю, віддають кінетичну енергію периферійній частині повітря і при цьому охолоджуються. Інша частина повітря сприймає цю енергію і нагрівається в результаті тертя, на подолання якого затрачається значна частина кінетичної енергії.

Схематично роботу вихрової труби зображено на рис. 1.6.

 

 

Рис. 1.6 Схема вихрової труби

Газ, що надійшов через сопла 3 у трубу 2 переміщується до вентиля 4. Частина периферійного газу виходить з труби з вищою температурою, а інша частина протитоком надходить до центральної частини труби і виходить через діафрагму 1 зі зниженою температурою. Потік з низькою температурою використовується для охолодження, а з високою – для нагрівання.

Термодинамічна досконалість вихрових машин не перевищує декількох відсотків і залежить від використання теплоти потоку повітря, яка виходить з гарячої частини вихрової труби. Якщо ця теплота утилізується, то загальна ефективність збільшується. Вихрові труби прості у виготовленні та експлуатації, компактні та високонадійні. Проте область їх застосування обмежується низькою економічністю термодинамічних процесів.

Питання для самоперевірки

1. Поясніть, що таке "теплота" і "холод" з фізичної точки зору?

2. Що таке "холодильна машина" та "робоче тіло" холодильної машини?

3. Які параметри описують стан робочого тіла холодильної машини?

4. Чому створюється різниця між високим та низьким температурним рівнями холодильної машини?

5. Як класифікуються низькі температури? Назвіть способи отримання низьких температур.

6. Яка властивість розчинів солей лежить в основі льодосольового охолодження?

7. Що таке адіабатичне дроселювання газу? Як отримати низькі температури за допомогою даного процесу?

8. Опишіть принцип отримання охолодженого повітря з використанням вихрової труби.

9. Опишіть принцип роботи абсорбційної холодильної машини. Назвіть сфери практичного використання машин даного типу.

10. Поясність принцип термоелектричного охолодження. Які переваги та недоліки експлуатації термоелектричних холодильних машин?

Література

Основна: 1, с. 5 – 21, 34 – 41; 4, с. 5 – 14

Додаткова: 3, с. 9 – 18

 

План

2.1 Принцип роботи компресійної холодильної машини

2.2 Поняття про холодильний цикл. Зворотний цикл Карно

2.3 Характеристика холодильних агентів

2.4 Компресори холодильних машин

2.5 Теплообмінні апарати холодильних машин

2.5.1 Випарники

2.5.2 Конденсатори

2.6 Допоміжне обладнання холодильних машин

2.7 Холодильні агрегати

2.8 Принципові схеми холодозабезпечення

Випарники

Випарник – це теплообмінний апарат, в якому за рахунок кипіння холодильного агента теплота відводиться від об'єкта охолодження.

В торговому холодильному устаткуванні розповсюджені випарники, які охолоджують повітря, з примусовою та природньою циркуляцією повітря.

Випарники з примусовою циркуляцією повітря називаються повітроохолоджувачами. Вони на сьогодні переважають у малих та великих холодильних установках.

За конструкцією випарники поділяються на ребристотрубні, листотрубні та гладкотрубні.

Рис. 2.11 Ребристо-трубний випарник 1 – ребра; 2 – труба

В ребристотрубних повітроохолоджувачах холодильний агент кипить в оребрених трубах, абсорбуючи теплоту з повітря, яке продувається вентилятором крізь випарник.

Оребрення труб буває: пластинчасті ребра, насаджені на труби; ребра, навиті у вигляді стрічок; ребра, накатані на поверхні труб.

Листотрубні випарники для льодогенераторів виготовляють із листів нержавіючої сталі, які з'єднані за допомогою шовного зварювання. На одному із листів проштамповані канали для потоку холодильного агента.

 

Рис. 2.12 Листотрубні випарники для прилавків-вітрин (а) та льодогенератора (б)

В окремих випадках застосовують гладкотрубні випарники різноманітних розмірів, форм і конструкцій. Найбільш розповсюдженим є плоский або овальний змійовик.

Великі підвісні гладкотрубні випарники з природньою циркуляцією використовують в низькотемпературних холодильних камерах, в яких необхідно, щоб повітря рухалося з невеликою швидкістю.

За способом руху холодильного агента випарники поділяються на сухі (змійовикові) та затоплені.

В змійовиковий випарник холодильний агент подається згори та рухається донизу. При цьому способі легко здійснюється повернення масла в компресор і необхідно менше холодильного агента для заправки системи. Проте в цій конструкції коефіцієнт теплопередачі дещо менший.

В затоплених випарниках хладон подається знизу. При цьому випарник працює більш ефективно, проте повернення масла в компресор відбувається важче, і потрібно більше холодильного агента в системі.

 

 

Рис. 2.13 Гладкотрубний випарник 1 – середній змійовик; 2 – штуцер; 3 – правий змійовик; 4 – лівий змійовик

 

Незважаючи на те, що змійовикові випарники менш ефективні з точки зору теплопередачі, названі переваги, а також відносна дешевизна і простота виготовлення зумовлюють їх поширеність у малих та середніх холодильних установках.

Передача теплоти від охолоджуваного об'єму до холодильного агента у випарнику відбувається в два етапи: спочатку теплота сприймається металевими стінками випарника, а потім передається від стінок до холодильного агента.

Конденсатори

Конденсатор – це теплообмінний апарат, призначений для відведення теплоти, яку холодильний агент сприйняв від продукту, а також теплоти, еквівалентній роботі стискання в компресорі.

В результаті передачі теплоти охолоджуючому середовищу стиснені пари холодильного агента охолоджується до температури конденсації, а потім при подальшому відведенні теплоти конденсується.

Холодильні агрегати

Окремі елементи холодильної установки (компресори, теплообмінні апарати) часто доцільно об'єднувати в один пристрій, який називається агрегатом. Це забезпечує компактність машини, зменшення довжини трубопроводів, зручність в обслуговуванні. Також зменшується об'єм монтажних робіт в місці встановлення. Ціль агрегатування полягає в перенесенні всіх робіт із монтажу та регулювання елементів холодильної машини на завод-виробник, який має кваліфіковані кадри, необхідні інструменти та контрольно-вимірювальні прилади. Агрегати характеризуються компактністю та зручністю в обслуговуванні.

Агрегати класифікуються залежно від елементів холодильної машини, які об'єднуються. Якщо компресор об'єднано з конденсатором, електродвигуном і приладами автоматики, то це компресорно-конденсаційний агрегат. Якщо в агрегаті кожухотрубний випарник об'єднаний з теплообмінником, фільтром-осушувачем і регулювальною станцією з приладами автоматики, то це випарниково-регулювальний агрегат. Якщо ж в агрегаті об'єднані всі елементи холодильної машини, то його називають комплексним агрегатом (сучасні моноблоки).

 Холодильні агрегати встановлюються на плиті або рамі. В машинах малої та середньої продуктивності використовують переважно герметичні компресорно-конденсаційні агрегати.

Герметичні холодильні агрегати випускають на базі герметичних поршневих компресорів і ротаційних компресорів з холодопродуктивністю від 0,5 до 100 кВт. Різна холодопродуктивність агрегатів досягається регулюванням частоти обертання вала компресора.

Залежно від температури кипіння хладона агрегати поділяються:

- низькотемпературні (-40...-15 °С) – працюють на хладонах R22, R134a, R404;

- середньотемпературні (-15...0 °С);

- високотемпературні (0...10 °С).

Конструкцію та зовнішній вигляд низькотемпературного холодильного агрегату на прикладі ВН 630(2) наведено на рис. 2.21.

Даний агрегат працює на хладоні R22. Встановлюється у фризерах для м'якого морозива, холодильних вітринах та іншому холодильному обладнанні місткістю до 4 м³ для створення температур до -18 °С.

Агрегат складається з поршневого одноциліндрового герметичного компресора і ребристотрубного конденсатора, який охолоджується витяжним способом за допомогою вентилятора. Ресивер та фільтр-осушувач в агрегаті ВН 630 (2) конструктивно суміщені: ресивер має вигляд циліндричної ємності, яка занурена у фільтр-осушувач. Відділена волога випаровується під дією теплоти, яка відводиться від рідкого холодильного агента, що знаходиться в ресивері.

Існують також холодильні агрегати з кількома герметичними компресорами. Вони застосовуються для оснащення холодильних камер, складів зберігання охолоджених і заморожених продуктів, систем холодопостачання торгових підприємств, камер швидкого охолодження та заморожування і промислового кондиціювання.

Рис. 2.21 Низькотемпературний холодильний агрегат ВН 630 (2) 1 – плита; 2 – огородження; 3 – кришка циліндра; 4 – ресивер з фільтром-осушувачем; 5 – вентиль відтаювання; 6 – конденсатор; 7 – компресор; 8 – нагнітальний вентиль; 9 – рідинний вентиль; 10 – всмоктувальний вентиль

 

Блочні холодильні машини

Сучасною тенденцією в холодильному машинобудуванні є впровадження холодильних агрегатів у вигляді одного або декількох блоків – моно