История, классификация, принципы действия холодильного оборудования

      Российский  университет кооперации 
 
 
 
 
 
 

      История, классификация, принципы действия холодильного оборудования 
 
 
 
 

                                                                            Работу выполнила

                                                                                 студентка гр. ТП-06з

      Гришина У. В. 
 
 
 
 
 

      Мытищи

      2011 
 

Содержание 

Введение

      Холодильники - это сооружения, предназначенные для охлаждения, замораживания и хранения скоропортящихся продуктов. В помещениях (камерах) холодильника поддерживаются постоянные довольно низкие температуры (+12-40° С) при большой относительной влажности (85-95%). К помещениям холодильника предъявляются повышенные санитарные требования.

      Обязательным  условием сохранения пищевых продуктов  высокого качества является создание непрерывной холодильной цепи, которая  обеспечивает воздействие на пищевые продукты низких температур на протяжении всего времени с момента производства или заготовки продукта до момента его потребления.

      Холодильники, расположенные в различных районах  страны, являются звеньями непрерывной  холодильной цепи, а связь между ними осуществляется холодильным транспортом.

      Искусственный холод применяют во многих отраслях народного хозяйства для получения  температур ниже температуры окружающей среды.

      В химической промышленности его используют при производстве аммиака, удобрений и ряда синтетических материалов, в машиностроении - для низкотемпературной закалки металлов, в строительстве - для замораживания грунта и охлаждения бетона. С помощью холода создаются искусственный климат в закрытых помещениях (кондиционирование воздуха) и искусственные ледяные катки. Его используют в фармацевтической промышленности и медицине, а также при испытании многих материалов и изделий. Но особенно велико значение искусственного холода для сохранения скоропортящихся продуктов.

1. История развития холодильной техники

      Применение  холода для сохранения пищевых продуктов  известно давно. Для этого использовали сначала лед и снег, а затем смеси льда с солью, что позволило получить температуры ниже 0° С.

      В XIX в. появились промышленные холодильные машины. Первая холодильная машина была изобретена в 1834 г. англичанином Перкинсоном. В качестве холодильного агента был применен этиленовый эфир. Позднее в 1871 г. француз Тенье создал машину, работающую на метиловом эфире, а в 1872 г. англичанин Бойль изобрел холодильную машину, в которой использовался аммиак.

      В нашей стране холодильные машины в промышленном масштабе впервые  были применены в 1888 г. на рыбных промыслах в Астрахани. В 1889 г. были сооружены две холодильные установки на пивоваренных заво дах. Первый производственный холодильник емкостью 250 т был построен в 1895 г. в Белгороде. Перевозки продуктов в железнодорожных вагонах с ледяным охлаждением начались в 1860 г. Однако в дореволюционной России холодильная техника была развита слабо.

      В 1917 г. в стране насчитывалось всего 58 холодильников общей емкостью 57 тыс. т и холодопроизводительностью около 24 тыс. кВт. Холодильный транспорт состоял из 6500 двухосных железнодорожных вагонов с ледяным охлаждением и одного рефрижераторного судна грузоподъемностью 185 т.

      Применение  искусственного холода в широких  масштабах в нашей стране началось после Великой Октябрьской социалистической революции. За годы Советской власти построены крупные холодильники в мясной, рыбной, молочной и других отраслях пищевой промышленности, а также на транспорте. Уже в 1941 г. емкость холодильников в нашей стране составляла 370 000 т.

      Наряду  с ростом холодильной емкости  постоянно развиваются холодильное  машиностроение и приборостроение. Холодильные машины выпускают преимущественно в виде автоматизированных агрегатов. Большое внимание уделяют конструированию и изготовлению малых автоматизированных холодильных машин.

      Малые холодильные машины получили широкое  распространение в торговле и  общественном питании (холодильные шкафы, камеры, прилавки, витрины, охлаждаемые торговые автоматы), в быту (холодильники, кондиционеры), на транспорте, в сельском хозяйстве, медицине и других отраслях народного хозяйства. В торговле и общественном питании страны общее количество малых холодильных установок превышает 2 млн. единиц. В быту используются десятки миллионов холодильников.

      Широкое развитие получил холодильный транспорт. Железнодорожный холодильный транспорт заметно пополнился составами, секциями и отдельными автономными вагонами с машинным охлаждением. Увеличилось количество судов-холодильников, оснащенных современным холодильным оборудованием. Создан заново автомобильный холодильный транспорт.

      Для сохранения и переработки всевозрастающего количества пищевых продуктов необходимо увеличивать объемы и повышать темпы строительства холодильников и холодильного оборудования, а также технически совершенствовать существующие холодильные предприятия. В ближайшие годы намечено значительно увеличить емкость холодильников в пищевой, мясной и молочной промышленности. Увеличатся холодильные емкости и в системе торговли, в сельском хозяйстве. Их предстоит оснастить новейшим холодильным оборудованием с большей степенью заводской готовности, автоматизации и механизации производственных процессов.

2. Типы холодильников и их особенности

      По  назначению различают производственные, заготовительные, распределительные, базисные, перевалочные, торговые, а  также транспортные холодильники.

      Производственные  холодильники. Их обычно строят при пищевых предприятиях (мясокомбинатах, рыбоперерабатывающих заводах, молочных заводах и т.п.). Производственные холодильники предназначены для первичной холодильной обработки (охлаждения, замораживания), а также для кратковременного (10 - 20 дней) хранения сырья и готовой продукции.

      Особенность этих холодильников - большая производительность устройств для охлаждения и замораживания готовой продукции и сравнительно небольшая емкость для хранения продуктов. Наиболее распространены производственные холодильники емкостью 500 - 5000 т с производительностью морозильных камер 20 - 100 т в сутки.

      Заготовительные холодильники. В холодильниках, сооружаемых в районах заготовки пищевых продуктов (яиц, фруктов), осуществляют сортировку, первичную холодильную обработку (охлаждение и замораживание), а также непродолжительное (10-20 дней) хранение продуктов до отправки в районы потребления.

      Заготовительные холодильники так же, как и производственные, оснащены мощными холодильными установками. Они являются первым звеном непрерывной холодильной цепи.

      Распределительные холодильники. Холодильники предназначены для равномерного снабжения населения продуктами питания в течение всего года. Их размещают в городах и промышленных центрах. В сезон заготовок на распределительном холодильнике создают резервные запасы продуктов. На распределительные холодильники продукты поступают с производственных и заготовительных холодильников в охлажденном и замороженном видах. Поэтому на распределительных холодильниках в основном только хранят охлажденные и замороженные грузы. Продукты хранятся в течение длительного времени (до 3-6 мес. и более). Для грузов, отеплившихся в пути, предусматривают небольшие камеры для доохлаждения и домораживания. Емкость распределительных холодильников 500-15 000 т, а в отдельных случаях - 30 000-35 000 т.

      Распределительные холодильники бывают универсальные  и специализированные (для мяса, рыбы, фруктов и т.п.). В состав распределительных холодильников часто входят цехи по производству мороженого, водного и сухого льда, цехи для фасовки и замораживания фруктов и овощей, а также для фасовки масла, мяса и других продуктов. Такие предприятия называют хладокомбинатами.

      Кроме распределительных холодильников  существуют так называемые базисные холодильники емкостью 2000-15000 т, предназначенные для длительного хранения охлажденных и замороженных продовольственных грузов.

      Перевалочные  холодильники. Они предназначены для кратковременного хранения продуктов в местах их перегрузки (перевалки) с транспорта одного вида на другой. Их строят в морских и речных портах, в узлах шоссейных и железных дорог. Характерным примером перевалочных холодильников являются портовые холодильники. Часто портовые холодильники выполняют функции распределительных холодильников для того района (города), в котором они расположены.

      Торговые  холодильники. Для кратковременного хранения продуктов, поступающих в торговую сеть, предназначены торговые холодильники. Продукты на такие холодильники поступают с распределительных холодильников. Различают холодильники продовольственных баз емкостью 10-500 т и предприятий торговли и общественного питания (магазинов, столовых, ресторанов, кафе) емкостью до 10 т.

      Продолжительность хранения продуктов на холодильниках  продовольственных баз до 10-20 дней. В холодильниках предприятий торговли и общественного питания создают запасы продуктов на 1-5 дней. В них хранят продукты в широком ассортименте, но сравнительно в небольшом количестве.

      Транспортные  холодильники. Они предназначены для перевозок охлажденных и замороженных пищевых продуктов железнодорожным, автомобильным и водным холодильным транспортом. К нему относят вагоны, секции и поезда-холодильники (рефрижераторные вагоны, секции и поезда), автомобили-холодильники (авторефрижераторы) и суда-холодильники (суда-рефрижераторы). В отдельных случаях транспортные холодильники используют как заготовительные и производственные.

      Основным  показателем, характеризующим холодильник, является его емкость.

      Емкость холодильника характеризуется массой груза в тоннах, которую одновременно можно хранить в камерах холодильника.

      В зависимости от объемной массы груза, его упаковки и способа укладки  разные продукты занимают разный объем  и площадь. Так, в 1 м3 грузового объема холодильной камеры мороженого мяса, уложенного в штабель, размещается 0,3-0,45 т, а масла, упакованного в ящики или бочки, - 0,54-0,65 т. Для размещения одного и того же количества требуются размеры камер для мороженого мяса в 1,5-1,8 раза больше, чем размеры камер для масла.

      Поэтому, чтобы по емкости можно было судить о размерах холодильника, емкость  принято выражать условной емкостью.

      Условной  емкостью называют массу груза, которую  можно одновременно поместить в  камерах холодильника, если бы они  были загружены одним мороженым  мясом I категории стандартной разделки в четвертинах (норма загрузки 1 м3 0,35 т).

      По  емкости в условных тоннах различают  следующие группы холодильников: мелкие (до 10 т), малые (до 500 т), средние (до 5000 т), крупные (свыше 5000 т).

      Размеры домашних холодильников характеризуются  внутренним объемом шкафа в литрах. Емкость выпускаемых домашних холодильников 80-240 л.

      В камерах средних и крупных  холодильников рекомендуется поддерживать следующие температуры: - 30-35° С в морозильных камерах, - 20° С в камерах хранения мороженых грузов и около 0° С в камерах охлаждения и хранения охлажденных грузов. В небольших холодильниках, где продолжительность хранения грузов, как правило, меньше, температура хранения мороженых грузов может быть несколько выше (-12-^--15°С). В холодильниках торговых предприятий, предназначенных для краткосрочного хранения продуктов перед реализацией, температуры в камерах поддерживаются около 0° С.

      Ограждения  холодильников имеют такую конструкцию, которая препятствует проникновению  тепла и влаги в помещения, где температура ниже температуры  окружающей среды. В состав всех внешних ограждений (стен, полов, потолков) введены слои эффективных тепло - и влагоизоляционных материалов. Все охлаждаемые помещения устраивают без окон.

      По  объемно-планировочным решениям холодильники разделяют на одно- и многоэтажные.

      Одноэтажные холодильники. Эти холодильники (рис.1) имеют сравнительно простую строительную конструкцию, так как основная нагрузка (от продуктов) передается непосредственно на грунт, колонны же воспринимают сравнительно небольшую нагрузку, создаваемую верхним покрытием и продуктами, расположенными на подвесных путях. Это позволяет увеличить норму нагрузки на 1 м2 площади пола до 5000 кг, а следовательно, и высоту камер.

      В настоящее время в России строят одноэтажные холодильники высотой 4,8-6 м до низа балки покрытия. Применяя более совершенные механизмы по укладке грузов, высоту камер одноэтажных холодильников можно увеличить до 7-9 м. За рубежом имеются одноэтажные холодильники высотой 8-10 м.

      В мелких холодильниках, где осуществляются небольшие грузовые операции, высота камер 3-4 м.

      Стены холодильника самонесущие или подвесные. Они, кроме собственной массы, дополнительной нагрузки не воспринимают. Стены выполняются из сборных железобетонных плит, кирпича или из профилированных металлических листов с тепловой изоляцией и опираются на самостоятельный фундамент или на фундаментную балку, уложенную на выступы фундаментов колонн. Используя профилированные металлические листы, стены и перегородки выполняют подвесными (они навешиваются на колонны).

      Пол холодильника поднят над уровнем головки железнодорожного рельса на высоту 1,4 м. Под низкотемпературными камерами одноэтажных холодильников - грунт искусственно подогревают, чтобы исключить его промерзание и вспучивание. В отдельных случаях одноэтажные холодильники строят с подвалами, где поддерживают температуру не ниже 0° С. Покрытия холодильников плоские с тепловой изоляцией. Наружные ограждения (стены, пол, потолок) холодильников имеют непрерывный слой тепловой изоляции.

      Преимущества  одноэтажных холодильников - большой фронт грузовых работ и возможность рационального использования комплексной механизации погрузочно-разгрузочных работ. Наиболее целесообразно применять одноэтажные холодильники для хранения затаренных и пакетированных продуктов. Недостатки одноэтажных холодильников - большая занимаемая площадь земельного участка и большая поверхность наружных ограждений (особенно покрытия), увеличивающих теплопритоки. Применяя совершенные средства механизации по укладке грузов, можно увеличить высоту здания и уменьшить занимаемую площадь, а также поверхность ограждений. Многоэтажные холодильники. Такие холодильники (рис.2) строят 5-6-этажными с подвалами и без них.

      Здание  многоэтажного холодильника представляет собой железобетонный каркас, состоящий  из колонн, междуэтажных перекрытий и покрытия. Снаружи каркас закрывается самонесущими стенами и непрерывным слоем тепловой изоляции по всему наружному контуру. Нагрузка, создаваемая продуктами и железобетонными перекрытиями, воспринимается только колоннами и через фундаменты передается грунту. Высота этажей (от пола нижнего этажа до пола следующего этажа) 4,8-5,4-6,0 м и подвального этажа не менее 3,6 м. Расчетная полезная нагрузка на многоэтажные перекрытия 2000-3000 кгс/м2.

      От  уровня головки рельса пол первого  этажа поднят на 1,4 м. В многоэтажных холодильниках на устройство междуэтажных перекрытий дополнительно расходуется бетон, и продолжительность строительства их увеличивается.

      Стоимость общестроительных работ многоэтажного  холодильника больше, чем одноэтажного. Поэтому в большинстве случаев предпочтение отдается одноэтажным холодильникам, которые проектируются емкостью до 10 000 условных тонн.

      Свыше 10 000 условных тонн холодильники проектируются  многоэтажными.

3. Классификация бытовых холодильников и морозильников

      Бытовые холодильники компрессионного и абсорбционного типа выпускаются в соответствии с требованиями ГОСТ 16317-87 "Приборы холодильные электрические бытовые".

      Стандарт  распространяется на бытовые электрические  компрессионные и абсорбционные  холодильники и бытовые электрические компрессионные холодильники-морозильники, предназначенные для хранения и (или) замораживания пищевых продуктов в бытовых условиях.

      Холодильные приборы подразделяют по назначению на:

      • холодильники;

      • морозильники (М);

      • холодильники-морозильники (MX).

      По  способу получения холода на:

      • компрессионные (К);

      • абсорбционные (А).

      По  способу установки на:

      • напольные типа шкаф (Ш);

      • напольные типа стол (С).

      По  числу камер на:

      • однокамерные;

      • двухкамерные (Д);

      • трехкамерные (Т).

      По  способности работать при максимальных температурах окружающей среды подразделяют на исполнения:

      • холодильники:

      SN, N - не выше 32 °С;

      ST - не выше 38 °С;

      Т - не выше 43 °С;

      • морозильники и холодильники-морозильники:

      N - не выше 32 °С;

      Т - не выше 43 °С.

      Однокамерные холодильники подразделяют:

      • по наличию низкотемпературного  отделения (НТО) на:

      однокамерные  с НТО;

      однокамерные  без НТО;

      • по температуре в НТО на:

      с температурой не выше минус 6 °С (маркируется одной звездочкой);

      с температурой не выше минус 12 °С (маркируется двумя звездочками);

      с температурой не выше минус 18 °С (маркируется тремя звездочками).

      Обозначение на двери морозильной камеры (МК) маркируется одной большой и тремя малыми звездочками.

      В зависимости от выполняемых функций  холодильные приборы подразделяют на группы сложности: 

4. Устройство и принцип действия холодильника

4.1 Принцип действия холодильника и его конструкция

      Принцип действия работы холодильника показан  на рисунке 1. 

      Мотор-компрессор

      Защитно-пусковое реле

      Терморегулятор

      Внутренняя  лампа освещения холодильника

      Испаритель

      Фильтр-осушитель

      Конденсатор

      Капиляр

      Включатель  лампы

      Мотор - компрессор (1), засасывает газообразный фреон из испарителя, сжимает его, и через фильтр (6) выталкивает в конденсатор (7).

      В конденсаторе, нагретый в результате сжатия фреон остывает до комнатной температуры и окончательно переходит в жидкое состояние.

      Жидкий  фреон, находящийся под давлением, через отверстие капиляра (8) попадает во внутреннюю полость испарителя (5), переходит в газообразное состояние, в результате чего, отнимает тепло от стенок испарителя, а испаритель, в свою очередь, охлаждает внутреннее пространство холодильника.

      Этот  процесс повторяется до достижения заданной терморегулятором (3) температуры стенок испарителя.

      При достижении необходимой температуры  терморегулятор размыкает электрическую  цепь и компрессор останавливается.

      Через некоторое время, температура в  холодильнике (за счет воздействия внешних факторов) начинает повышаться, контакты терморегулятора замыкаются, с помощью защитно-пускового реле (2) запускается электродвигатель мотор - компрессора и весь цикл повторяется сначала (см. пункт 1)

4.2 Устройство холодильника

      Упрощенно представляя, холодильник состоит  из изотермического шкафа и электрического оборудования (холодильного агрегата).

      Корпус

      Корпус  является несущей конструкцией, поэтому  должен быть достаточно жестким. Его изготавливают из листовой стали толщиной 0,6-0,1 мм. Герметичность наружного шкафа обеспечивается пастой ПВ-3 на основе хлорвиниловой смолы. Поверхность шкафа фосфатируют, затем грунтуют и дважды покрывают белой эмалью МЛ-12-01, ЭП-148, МЛ-242, МЛ-283 или др. Выполняют это с помощью краскопультов или в электростатическом поле. Поверхность сервировочного столика, если таковой имеется, покрывают полиэфирным лаком.

      В последнее время для изготовления корпуса холодильника все чаще применяют  ударопрочные пластики. Благодаря этому сокращается расход металла и уменьшается масса холодильного прибора.

      Внутренние  шкафы холодильников.

      Металлические внутренние шкафы из стального листа  толщиной 0,7 - 0,9 мм изготавливают методом штамповки и сварки и эмалируют горячим способом силикатно-титановой эмалью.

      Пластмассовые камеры изготавливают из АБС-пластика или из ударопрочного полистирола методом вакуум-формирования. АБС (акрилбутадиеновый стирол) обладает высокими механическими свойствами и стойкостью по отношению к хладону (фреону). Детали из АБС-пластика, покрытые хромом и никелем, широко применяются в декоративных целях. АБС-пластики отечественного производства по физико-механическим свойствам делятся на четыре группы:

      АБС-0903 средней ударной вязкости;

      АБС-1106Э, АБС-1308, АБС-1530, АБС-2020 повышенной ударной  вязкости;

      АБС-2501К, АБС-2512Э, АБС-2802Э высокой ударной  вязкости;

      АБС-0809Т, АБС-0804Т, АБС-1002Т повышенной теплостойкости.

      АБС-пластики выпускаются в виде гранул диаметром  не более 3 мм и длиной 4-5 мм или в  виде порошка и перерабатываются литьем под давлением, выдуванием, термоформованием. Камеры у морозильников и камеры низкотемпературных отделений холодильников металлические - из алюминия или нержавеющей стали. Стальные камеры более долговечны, гигиеничны, но они увеличивают массу холодильника и требуют особых способов крепления к наружному корпусу для наиболее эффективной теплоизоляции от окружающей среды.

      К преимуществам пластмассовых камер  относятся технологичность изготовления, малый коэффициент теплопроводности, меньшая масса. Однако такие камеры по сравнению с металлическими. В холодильниках с пластмассовыми камерами по периметру дверного проема не устанавливают накладки, закрывающие теплоизоляцию, так как роль накладок выполняют отбортованные края камеры.

      Двери.

      Изготовляют из стального листа толщиной 0,8 мм методом штамповки и сварки. В некоторых моделях холодильников двери изготовлены из древесностружечной плиты или ударопрочного полистирола.

      Дверь холодильника состоит из наружной и  внутренней панелей, теплоизоляции  между ними и уплотнителя. Панели двери изготовляют из ударопрочного полистирола методом вакуум-формования. Толщина листа 2-3 мм. У большинства холодильников двери открываются слева направо. В всех современных холодильниках предусмотрена перенавеска двери, т.е. возможность открывания двери справа налево. У настенных холодильников дверь двухстворчатая.