1. Способы промышленного получения холода и типы холодильных машин (хм)

Ледяное охлаждение очень простое, дешёвое. Недостаток его опре­деляется тем, что нельзя получить температуру ниже + 3°С. Оно основано на том, что при таянии льда теплота расходуется на преодоление сил, удерживающих молекулы между собой, то есть на разрушение кристал­лической решетки. Холодопроизводительность, получаемая при таянии, при температуре °^°С равна 355 КДж/кг. Льдосоляное охлаждение основано на таянии льда и растворении соли. При таянии льдосоляной смеси также ослабляется молекулярное сцепление и разрушаются кристалличе­ские решётки. Для этого требуется теплота, которая отбирается от рас­творителя, то есть воды, получаемой при таянии льда и растворении в ней соли. К теплоте, поглощаемой льдом, добавляется теплота, поглощаемая солью при её растворении в воде, что понижает температуру смеси. Тем­пература смеси определяется ориентировочно по формуле:

t_смеси=0,73П. П – процент соли ко льду.

Это понижение идет до какой то границы.

Температура смеси зависит от количества соли в ней, но повышать концентрацию последней можно до известного предела, предопределяе­мого криогидратной точкой, около 23%.

При увеличении содержания соли повышается температура смеси. Таяние льда при льдо-соляном охлаждении ускоряется, по сравнению с чистым льдом, благода­ря увеличению разности температур плавления соляной смеси и охлаж­даемого воздуха. Соль ослабляет силы, удерживающие молекулы льда. Следовательно, чем больше соли, тем меньше тепла расходуется на внут­реннюю работу по преодолению сил, удерживающих молекулы льда.

Эвтектические смеси состоят из водных растворов хлористого натрия (поваренной соли), хлористого кальция или других со­лей с концентрацией, соответствующей криогидратной точке. Эти смеси, находящиеся в металлических оболочках (зероторах), которые заполнены на 92-94% объёма и наглухо запаяны, замораживают. Затем зероторы располагают в охлаждаемых помещениях. После отдачи «холода» смесь нагревается, и зероторы снова размещают в морозильных камерах для ак­кумулирования «холода».

Сухоледное охлаждение основано на свойстве твердого углекислого газа (CO₂) переходить в газообразное состояние, минуя жидкую фазу. Такой переход называют возгонкой (сублимацией). Осо­бенность изменения агрегатного состояния углекислоты основана ее фи­зическими свойствами и положением тройной точки, характеризующей термодинамическое равновесие трех фаз: твердой, жидкой и газообраз­ной. Следовательно, при атмосферном давлении углекислота, не расплав­ляясь, испаряется (сублимируется), она может существовать в жидкой фа­зе только при достаточно высоком давлении. Сухой лед сублимируется при температуре -78,9°С. Высокая стоимость и недостаточность сухого льда ограничивают его широкое применение.

Охлаждение жидкими газами (азотом, воздухом и др.) основано на их кипении при низкой температуре. Охлаждение жидким азотом перспективно для изотерми­ческих вагонов.

В этой системе от резервуара, ус­тановленного в машинном отделении, в грузовое помещение пропускается трубка с маленьким отверстием, через которое разбрызгивается жидкий азот. Капли азота мгновенно испаряются и охлаждают грузовое помещение. Поступление азота из ре­зервуара в трубку регулируется термостатом.

Холодильная машина осуществляет холодильный цикл, при кото­ром переносит тепло от источника, температура которого ниже окру­жающей среды, к телу, имеющему температуру окружающей среды - воз­духу или воде. Машина служит для охлаждения грузового помещения изотермического вагона, холодильной камеры и др. и поддержания тем­пературы в них. Если машина переносит тепло телу, температура которо­го значительно выше, чем температура окружающей среды, и оно полезно используется, например, для отопления, то ее называют тепловым насо­сом.

По виду затрачиваемой энергии холодильные машины подразделя­ются на компрессионные, теплоиспользующие и термоэлектрические. Компрессионные машины используют механическую энергию, теплоиспользующие - тепловую от источников тепла, температура которых выше, чем температура окружающей среды, термоэлектрические - электроэнер­гию. В компрессионных и теплоиспользующих машинах тепло перено­сится в результате совершаемого рабочим телом (хладагентом) обратного кругового процесса (обратный цикл), в термоэлектрической машине - пу­тем воздействия потока электронов на атомы.

В зависимости от свойств и агрегатного состояния хладагента, холо­дильные машины бывают паровые и газовые (воздушные). На железнодо­рожном транспорте распространены паровые компрессионные холо­дильные машины, в которых последовательно осуществляются механи­ческие расширения и сжатия хладагента. В процессе работы изменяется состояние хладагента (конденсация после сжатия и кипения после расши­рения). В газовых машинах состояние хладагента не изменяется.

Сорбционные машины относятся к теплоиспользующим. В них по­следовательно осуществляются термические реакции поглощения (сорб­ция) хладагента соответствующим сорбентом и выделения (десорбция) его из сорбента. Для охлаждения используют внешнюю тепловую энер­гию. Сорбционные машины делятся на абсорбционные и адсорбционные. У первых поглотитель (абсорбент) жидкий, у вторых - твердый (силикагель).

Струйные холодильные машины основаны на использовании кине­тической энергии потока газа или пара. Они бывают эжекторные и вих­ревые. Эжекторные машины (пароэжекторные) также относятся к теплоиспользующим, в них пар сжимается при помощи парового эжектора.