Льдосоляное охлаждение

Некоторые соли при растворении в воде вызывают уменьшение температуры смеси, которое вызвано тем, что теплота, которая необходима для растворения, отбирается от самого раствора.

Если воду заменить дробленым льдом, то это позволяет еще больше уменьшить температуру раствора, так как от этого раствора будут отбираться теплота плавления льда и теплота растворения соли. С целью охлаждения можно использовать смесь технической поваренной соли и дробленого льда. Криогидратная точка данной системы будет соответствовать температуре – 21.2 °С, а концентрация соли в растворе будет составлять 22.4%.
Если в охлаждаемых помещениях будут храниться относительно малые количества грузов, то целесообразно применять холодильники малой емкости с использованием льдосоляного охлаждения.
Если на холодильных предприятиях использовать льдосоляное охлаждение вместо ледяного, тогда можно получить более низкие температуры воздуха. При этом они будут занимать меньшую площадь. Холодильники с льдосоляным охлаждением могут быть сконструированы в качестве отдельно стоящего здания, в подвальном помещении или же в пристройке к зданию. При этом охлаждение камер можно будет осуществлять следующими способами:
а) с помощью непосредственного контакта поверхности льдосоляного раствора с воздухом;
б) с помощью циркуляции рассола в охлажденном состоянии по змеевикам, которые установлены в охлаждаемых помещениях (например, система «Фригатор»);
в) с помощью подачи в охлаждаемые помещения воздуха, который предварительно будет охлажден льдосоляным раствором.
Прямое охлаждение воздуха в охлаждаемых помещениях льдосоляным раствором осуществляется при помощи специальных карманов в виде решеток, которые установлены вдоль наружных стен охлаждаемого помещения и заполнены льдосоляным раствором. Карманы изготовляют из деревянных горизонтальных брусков или из пруткового оцинкованного железа. К этим деревянным брускам монтируют вертикальные планки, сечение которых составляет 50 Х 25 мм. Снизу карманов устанавливают поддоны, через которые рассол будет сливать в канализацию. Для улучшения циркуляции воздуха вблизи кармана можно поставить деревянный щит, который не будет достигать потолка и пола на 30 см. Охлаждение с помощью карманов в виде решеток достаточно прост и экономичен, но при этом имеет свои недостатки: плохая циркуляция воздуха в охлаждаемом помещении, снижение полезной площади камер, а также трудоемкость загрузки льдосоляным раствором карманов.
Система «Фригатор», изображенная на рис. 1, работает следующим образом: холодный рассол подается центробежным насосом 8 в приборы охлаждения 2, которые установлены в охлаждаемом помещении 1. Рассол постепенно охлаждается в генераторе холода 5, которые представляет собой изолированный бак, закрытый крышкой и поделенный горизонтальной решеткой, на которую, в свою очередь, следует загружать дробленый лед. Лед сверху орошается рассолом, который сливается из приборов охлаждения через ороситель 4. Рассол охлаждается и разжижается, проходя сквозь лед, а затем его сливают в нижнюю часть бака. Для того, чтобы увеличить концентрацию смеси, часть теплого рассола, который сливается через трехходовой вентиль 3, поступает в солеконцентратор 7 – маленький бак, который наполнен солью и расположен вблизи генератора холода. Этот солеконцентратор отделен от генератора холода при помощи решетчатой стенки. Рассол в охлажденном состоянии снова поступает через насос в приборы охлаждения, где подогревается на несколько градусов, а затем на такой же перепад температур он будет охлаждаться в генераторе холода. Фильтр 6 используется для фильтрации рассола.
Воздушное охлаждение холодильных камер льдосоляных холодильников осуществляют при помощи подачи в охлаждаемые помещения холодного воздуха, который был перед этим охлажден в льдосоляном воздухоохладителе. Данный воздухоохладитель представляет собой изолированный бак. Соль и лед поступают через загрузочную шахту в участок между двумя решетками, которые находятся друг от друга на расстоянии 20 – 30 см. Воздух продувается вентилятором сквозь льдосоляной раствор, тем самым охлаждаясь, а затем движется по воздуховоду в охлаждаемое помещение. Теплый воздух, в свою очередь, отводится из охлаждаемого помещения через всасывающий канал. Чтобы уменьшить длину всасывающего канала и снизить потери холода, следует размещать льдогенератор вблизи камеры. Обслуживание данной системы включает в себя загрузку генератора солью и льдом, отвод образовавшегося рассола, а также слежение за работой вентилятора.
Использование льдосоляного охлаждения рекомендуется применять для холодильных предприятий в том случае, когда соль и лед имеют низкую стоимость, а площадь камер не должна превышать при этом 100 м².
Если замораживать водные растворы некоторых типов солей, концентрация которых соответствует криогидратной точке, можно получить однородную смесь кристаллов соли и льда, которая называется эвтектикой, или твердым эвтектическим раствором. На сегодняшний день наиболее часто используется эвтектика поваренной соли. Теплота плавления данного раствора составляет 236 кДж/кг, а температура плавления – 21.2 °С.
Формы, которые называются зероторами, заполняются от 92 до 94% своего объема эвтектикой, затем наглухо запаиваются, а следом идет заморозка находящейся в них смеси.
Зероторы по форме подразделяются на цилиндрические, трехгранные, плоские. Иногда, чтобы повысить площадь теплообмена, зероторы могут изготовляться гофрированной формы. Смесь в зероторе необходимо замораживать в холодном рассоле, или же в специально отведенных для этого камерах, температура воздуха в которых должна составлять – 35 ? – 40 °С. Длительность заморозки в рассоле составляет от 2 до 3 ч, а в холодном воздухе – приблизительно 18 ч. Для того, чтобы повысить теплоотдачу от зеротора к холодному воздуху в камере, осуществляют принудительную циркуляцию воздуха. При этом коэффициент теплоотдачи повышается до 18 Вт/(м² ? К). Когда смесь в зероторе будет заморожена, то формы транспортируют в холодильную камеру. Когда расплавится раствор, а температура его немного увеличится, зероторы следует направить на повторное замораживание. Охлаждение при помощи зероторов осуществляется на различных видах транспорта, особенно – на авторефрижераторах. Также охлаждение в зероторах может применяться для охлаждения шкафов, небольших камер или прилавков торгового типа.
Среди недостатков охлаждения при помощи зероторов можно выделить следующие: крупный объем грузовых работ, которые связаны с заменой зероторов на новые, а также зависимость от зероторных станций.

Рис. 1 – Схема рассольного охлаждения «Фригатор»