|
Агрегатные льдогенераторы, т. е.
льдогенераторы, агрегатированные с холодильной машиной и с двигателем, а
иногда и с льдохранилищем, получили широкое распространение. В торговле
используются агрегаты производительностью до 20 и даже 40 кг/ч льда, в
промышленности— еще больше; агрегатные мини-льдогенераторы имеют
производительность менее 1 кг/ч.
Агрегатные льдогенераторы пищевого прозрачного льда с
производительностью до 20—40 кг/ч могут с успехом применяться в магазинах, на
продовольственных рынках, в ресторанах и фабриках-кухнях, в лабораториях и
больницах.
Агрегатные льдогенераторы автономны и дают возможность
получать требуемое количество льда по мере надобности на месте потребления.
Конструкции их разнообразны и они только отчасти повторяют описанные выше
льдогенераторы производственного типа.
Автоматический льдогенератор с программным управлением
OJT-25, предложенный автором [10], имеет расчетную производительность 25 кг/ч
(до 0,5—0,6 т/сут) дробленого пищевого льда.
В комплект льдогенератора OJI-25, представляющего собой
холодильную установку шкафного типа размерами 1060X680X2650 мм ( 87) и массой
800 кг, входят следующие основные механизмы и узлы ( 88):
1) фреоновый компрессорно-конденсаторный агрегат
типа АК-2ФВ8/4 производительностью около 5800 Вт при 1000 об/мин с
электродвигателем мощностью 2,в кВт; в этом агрегате змеевик конденсатора
повернут на 180°, а теплообменник и шкив электродвигателя компрессора
заменены изготовленными по чертежам ВНИХИ (поверхность теплообменника
увеличена в 3 раза);
2) десятитрубный вертикальный испаритель
поверхностью 1,79 м2 с ресивером 2 емкостью 30 л, терморегулирующим вентилем и шестью соленоидными вентилями; ресивер, коллектор и трубопроводы,
рассчитанные на температуру ниже 0°, теплоизолированы;
3) центробежный насос типа 1СЦВ-1,5
производительностью 1,5 м3/ч с электродвигателем мощностью 0,4 кВт,
оросителем и приемным баком для циркулирующей воды;
4) шнековая льдодробилка с универсальным приводом
типа 722-М на 200 об/мин с электродвигателем мощностью 1,8 кВт;
5) реле времени типа КЭП-10 (или МКЛ-12), обеспечивающее
автоматическое включение и выключение шести соленоидных вентилей и
электродвигателей насоса и льдодробилки.
Приводимые ниже характеристики агрегата ОЛ-25, полученные
в результате испытаний, проведенных автором во ВНИХИ совместно с Коробовым,
послужили основой для разработки принципиально аналогичного агрегата
ОЛ-25/35, рассчитанного на серийное производство.
В период намораживания льда компрессорно-конденсаторный
агрегат работает в качестве холодильной машины, а в лериод оттаива
ния льда — как тепловой насос. Намороженные на трубах и
оттаявшие ледяные цилиндры подаются на шнек льдодробилки и измельчаются в
скорлупы.
По схеме электроавтоматики льдогенератора ( 89)
автоматическое включение и выключение шести соленоидных вентилей, управляющих
намораживанием и оттаиванием, и электродвигателей насоса и дробилки
производится электрическим реле времени, настраиваемым на циклы производства
льда от 15 до 38 мин.
При намораживании льда соленоидные вентили (СВФ) 9, 10, 11
и 13 открыты, а остальные закрыты. При выдавливании фреона из испарителя в
ресивер (после окончания намораживания льда) открыты вентили 10 и 12, а при
оттаивании льда — вентили 12 и 14. В конце намораживания вентиль 9
закрывается на 4—5 мин раньше вентилей 11 и 13, а в начале выдавливания
фреона вентиль 12 открывается на 1—2 с раньше, чем закрывается вентиль 13.
Реле времени КЭП-10 (или МКП-12) позволяет осуществлять
программное управление льдогенератором и в зависимости от заданного времени
намораживания получать трубчатый дробленый лед сб скорлупами толщиной от 3 до
10 мм. Тонкие скорлупы используют для непосредственной пересыпки пищевых
продуктов, а толстые — для пересыпки пищевых продуктов, упакованных в тару.
По расчетным данным, для получения 25 кг льда в час при расходе холода около 840 кДж/кг необходимо 5800 Вт холода при средней
температуре кипения фреона —12° С.
Как показали данные испытаний трубчатого льдогенератора
конструкции Ткачева [102], для намораживания при средней температуре to=—12°
С цилиндрического слоя льда толщиной 9 мм (после оттаивания 8 мм) на трубе диаметром 57X3 мм практически необходимо затратить 27 мин. Для выдавливания
хладагента в ресивер, а также оттаивания и дробления льда должно быть
затрачено дополнительно 3 мин. Таким образом, продолжительность всего цикла
производства льда составит 30 мин. Удельный съем льда go толщиной 9 мм с 1 м трубы при оттаивании на толщину 0,5 мм составляет по расчету 1,4 кг/м. Для получения 25
кг/ч льда при цикле производства в 30 мин необходимая длина труб испарителя
около 9 м. Принятая общая длина труб испарителей 10 м (поверхность F== 1,79 м2) по конструктивным соображениям разделена на 10 отдельных частей —
труб длиной по 1000 мм каждая.
Для равномерного распределения фреона по трубам
испарителя, в частности необходимого при выдавливании жидкого фреона во время
оттаивания, каждая из труб испарителя снабжена шайбой с дроссельным
отверстием диаметром 2 мм. По расчету шайба обеспечивает противодавление до 1100 мм жидкого фреонового столба при скорости пара около 50 м/с.
Расход воды на рециркуляцию с кратностью 30—50,
необходимой при получении прозрачного льда высокого качества, для
льдогенератора производительностью 25 кг/ч составит 25-50=1250 л/ч.
Соответственно принят самовсасывающий насос типа 1СЦВ-1.5 производительностью
1500 л/ч.
Льдодробилка приводится в движение от универсального
электропривода типа 722-М на 200 об/мин с электродвигателем 1,8 кВт. При
максимальной толщине стенок ледяной трубки 9 мм, соответствующей площади сечения f —18,65 см2, выбранный электропривод обеспечивает усилие,
необходимое для. последовательного обламывания труб из льда с разрушающим
напряжением скалывания 0,7 МПа.
Предварительные испытания показали, что максимальная
толщина льда не должна превышать 12 мм, минимальная — 3 мм, а максимальный подогрев воды в конденсаторе 12—15° С.
Было установлено, что для более равномерной работы
терморе- гулирующего вентиля ТРВ во время намораживания льда
термочувствительный патрон его должен быть расположен до теплообменника.
Чтобы обеспечить дренаж фреона, конденсирующегося в испарителе во время
оттаивания, для улучшения этого процесса СВФЮ (см. 89), отсекающий
испаритель, должен работать со слегка приподнятым клапаном.
Испытания льдогенератора (количество фреона-12 было 23 кг) проводились при температуре воздуха 15—20° С. Результаты испытаний представлены на
нижеприводимых графиках.
максимальная производительность при продолжительности
цикла т=25 и 30 мин примерно на 2,5 кг больше минимальной при т=15 и 38 мин. Наибольшая эффективность, циклов производства 25 и 30 мин обусловлена тем,
что при цикле в 15 мин велики относительные потери льда во время оттаивания,
а при цикле в 38 мин в большей мере оказывает влияние тепловое сопротивление
возросшей толщины слоя льда.
Удельные расходы воды и электроэнергии на выработку льда в
большей степени зависят от подогрева воды At в конденсаторе и в меньшей — от
продолжительности цикла. При этом минимум расходов для выработки 1 кг льда также достигнут при продолжительности циклов в 25 и 30 мин.
Зависимость суммы стоимостей воды и электроэнергии,
приходящейся на 1 т выработанного льда, от продолжительности цикла и
подогрева воды At в конденсаторе показана на 92. При стоимости воды 0,06
руб./м3 и электроэнергии 0,02 и 0,04 руб./(кВт-ч) экономически оптимальным
должен быть цикл 25—30 мин при подогреве воды в конденсаторе на At—b° С.
Выработка льда при этом режиме составит 22,5 кг/ч. При необходимости
получения 25 кг льда в час следует работать при подогреве воды 4,5° С, но в
этих условиях стоимость расходуемых воды и электроэнергии возрастает.
Проведенные опыты позволили, кроме основных технических и
экономических показателей льдогенератора OJI-25, получить детальные
характеристики процесса намораживания льда на трубах.
Быстрое выделение теплоты кристаллизации ледяной шуги,
образовавшейся за счет переохлаждения воды, вызывает скачкообразное повышение
температуры воды в нижней части трубы до 0° С и резко задерживает падение
температуры кипения фреона и температуры воды в верхней части трубы. Шуга
поднимается по трубе снизу вверх и начинает постепенно исчезать. Одновременно
на трубе появ-ляется сплошная гладкая корка прозрачного льда. К моменту
исчезновения последних следов шуги толщина корки льда достигает 2 мм.
В период максимального образования шуги температура воды и
температура кипения фреона стабилизируются. По мере исчезновения шуги и
нарастания сплошной корки льда температура воды начинает медленно повышаться,
достигая к концу процесса ~0,1° С внизу трубы и ~ 1° С в верхней ее части.
С момента исчезновения шуги кривая толщины льда
поднимается почти прямолинейно, что соответствует экспериментальным данным
для трубы Ткачева и Даниловой [106].
Повышенный расход электроэнергии на электроавтоматику в
значительной мере объясняется применением на световом табло излишне мощных
ламп. При условии применения понижающего трансформатора и маломощных
низковольтных ламп расход электроэнергии может быть снижен. Расход
электроэнергии на льдодробилку, усовершенствованную в процессе испытаний
(дробильные скобы были разрезаны), оказался незначительным, что позволит в
дальнейшем уменьшить мощность электропривода дробилки до 0,5—1 кВт.
Из общего потребления электроэнергии на компрессор 2,49
кВт-ч/ч на намораживание льда было израсходовано 2,24 кВт -ч/ч (~90%) и на
оттаивание льда 0,25 кВт-ч/ч (—10%).
Удельный расход холода на изготовление льда составил
<7л=0,92 -900=830 кДж/кг, где 0,92 —коэффициент, учитывающий период
оттаивания льда, во время которого не вырабатывается полезный холод, что
является особенностью примененное. 97. Внешний вид льдогенератора ной схемы
теплонасосного OJI-25/35. оттаивания льда за счет те
пла водопроводной воды.
Относительно большие потери холода, достигавшие 48%, в
основном объясняются неизбежным для подобных льдогенераторов прогревом
испарителя с остатком фреона при оттаивании. Собственно потери льда при
оттаивании в опытах составили 4—8% и могут быть уменьшены путем придания
конусности трубам испарителя.
В заключение исследования была проверена возможность
работы льдогенератора ОЛ-25 без соленоидного вентиля (СВ10) (см. схему),
отсоединяющего испаритель от ресивера после выдавливания в него жидкого
фреона. Опыты подтвердили возможность такой работы при условии достаточного
отсоса фреона из испарителя в конце цикла намораживания льда.
На основе льдогенератора трубчатого льда ОЛ-25 Одесское СКБ
холодильного машиностроения разработало совместно с ВНИХИ в принципе
аналогичный агрегатированный с холодильной машиной льдогенератор OJ1-25/35.
Автоматические льдогенераторы ОЛ-25/35 ( 97 и 98)
изготовления Одесского завода холодильного машиностроения [77] предназначены
для получения пищевого прозрачного льда и имеют следующую характеристику.
В комплект льдогенератора OJ1-25/35 входит следующее
основное оборудование: фреоновый бессальниковый компрессор ФВ6БС (7 тыс. Вт)
с электродвигателем (4,5 кВт), кожухотрубным конденсатором (6 м2) и теплообменником; вертикальный испаритель типа «труба в трубе» (1,8 м2) с рессивером ( 30 л) и терморегулирующим вентилем ТРВ-7м. Кроме того, льдогенератор оснащен
пятью соленоидными вентилями типа СВМ, водяным насосом 1СЦВ1.5 с
электродвигателем (0,4 кВт), оросителем и водяным баком, льдодробилкой с
электродвигателем (0,6 кВт) и реле времени ВС-1068 для управления
соленоидными вентилями и электродвигателями насоса и льдодробилки.
Лед намораживается на 10 вертикальных трубах испарителя из
нержавеющей стали диаметром 57 мм и длиной 1000 мм каждая.
Из принципиальной схемы льдогенератора видно, что пар
фрео- на-12 нагнетается компрессором в конденсатор, из которого жидкость
поступает через ТРВ, ресивер и коллектор в испаритель. Отсос паров из
испарителя осуществляется через теплообменник.
За 1—2 мин до начала оттаивания намерзшего на испарителе
льда перекрывается вентиль на подаче фреона и жидкость частично затапливает
конденсатор. После переключения вентилей при оттаивании горячий пар поступает
в испаритель, выдавливает из него остатки жидкости и начинает
конденсироваться. При этом испаритель работает как конденсатор, а конденсатор
как испаритель. Оттаявший лед падает с труб испарителя на льдодробилку. На
этот период электродвигатель водяного насоса автоматически останавливается.
При средней температуре кипения хладагента —15-=—16° С намораживание льда
занимает 22 мин, оттаивание — 3 мин.
Система электроавтоматики с реле времени обеспечивает
цикличную работу льдогенератора и отключение его при аварийном режиме.
Заводские и межведомственные испытания головного образца
льдогенератора ОЛ-25/35 дали следующие основные результаты.
В наиболее тяжелом режиме при температуре воды 30° С и
воздуха 45° С производительность льдогенератора составила 25 кг льда в час, а расход электроэнергии 154,кВ.Т'Ч на 1 т льда.
В режиме, близком к стандартному, при t0=—15ч—16° С, /к= =
28-^30° С и температурах воды и воздуха около 20° С, производительность
льдогенератора была ~35 кг/ч. Соответствующий расход электроэнергии составил
10.0 кВт-ч на 1 т льда, что в 2—3 раза меньше, чем для других советских
автономных льдогенераторов шкафного типа (ЛГ-Юм, ЛГ-700 и ЛГ-350).
Для дальнейшего улучшения трубчатых льдогенераторов
ОЛ-25/35 целесообразно:
увеличить поверхность испарителя на 15—20%, что, в
частности, повысит прозрачность льда и дополнительно снизит расход
электроэнергии;
установить теплообменник для подогрева конденсаторной воды
(и охлаждения хладагента), что даст возможность быстрее осуществлять процесс
оттаивания льда при холодной воде зимой.
Ориентировочная экономическая эффективность льдогенератора
OJ1-25/35 была определена в сопоставлении с ближайшим по производительности
льдогенератором Л Г-Юм Харьковского завода холодильных машин, используемым в
ряде случаев на фабриках-кухнях. Оба эти льдогенератора имеют
непосредственное охлаждение и производят мелкокусковой прозрачный пищевой
лед.
Расчет эффективности осуществлен по обычной методике для
условий эксплуатации льдогенератора на фабриках-кухнях, где возможно
хозяйственное использование воды после конденсатора ОЛ-25/35. Коэффициент
рабочего времени сравниваемых льдогенераторов принят равным 0,7.
Исчисленная эффективность от использования одного
льдогенератора ОЛ-25/35 составляет 1545 руб. в год.
Малые агрегатные льдогенераторы оснащаются обычно
фреоновыми машинами с воздушными, иногда с водяными конденсаторами. Лед
намораживается на испарителях, имеющих форму труб, плит или полых сосудов.
Вода для получения льда перемешивается, набрызгивается или циркулирует при
намораживании. Отделение льда от испарителя производится посредством
оттаивания горячим хладагентом или водой и срезанием льда скребком, шнеком
или фрезой. Если получаемый лед нуждается в разделке, то применяются резцы,
нагреваемые решетки и дробилки. Процесс получения льда автоматизируется
устройствами с датчиками типа термостатов или реле времени. За рубежом
автоматические льдогенераторы с льдохранилищами встраиваются в большие
домашнее холодильники и торговые прилавки [76].
Распространенный у нас кубиковый льдогенератор ЛГ-Юм ( 99,
100, 101) с габаритами 1240X760X1250 мм и массой 280 кг производит 3,2 кг/ч пищевого прозрачного льда в кубиках размером 38X32X18 мм. Фреоновый
холодильный компрессор ФАК-UVI с воздушным конденсатором и насосная система
циркуляции воды обеспечивают намораживание пластины льда заданной толщины на
наклонном панельном испарителе. После автоматического оттаивания горячим
паром фреона-12 ледяная пластина сдвигается на подогреваемую электричеством
решетку и разделяется ею на кубики, которые падают в льдохранилище емкостью 70 кг. При заполнении льдохранилища компрессор останавливается температурным датчиком, а при выемке
части льда автоматически приводится в действие. Установочная мощность
электродвигателей 1 кВт.
Аналогичный ЛГ-10м, но несколько .более совершенный
конструктивно ку- биковый льдогенератор ЛГ-350 (~400 Вт) имеет принципиальную
холодильную схему, приведенную на 102, и обеспёчвдает при температуре воды и
воздуха 20° С получение 2,1 кг/ч (50 кг/сут) кубико- вого льда. Льдогенератор
снабжен льдохранилищем на 30 кг льда и при установочной мощности 0,29 кВт
потребляет в среднем 0,2 кВт-ч.
Подобный льдогенератор ЛГ-700 имеет примерно в 2 раза
большую производительность по холоду (800 Вт) и льду (4,16кг/ч).
Следует заметить, что такие и большие льдогенераторы с
воздушными конденсаторами могут иметь улучшенную холодильную схему, известную
под названием «Хи-Ре-Ли» и применяемую за рубежом в автономных
водоохладителях и в круглогодовых теплонасосных воздухокондиционерах [6].
Среди агрегатных льдогенераторов типа «труба в трубе» с
внутренним намораживанием льда представляет интерес предложенный Крузо
(Франция) льдогенератор ( 103), работающий раздельным холодильным циклом.
При намораживании льда компрессор отсасывает пары хладагента
из заранее залитых испарителей, орошаемых водой, подавляемой циркуляционным
насосом, и нагнетает пар в конденсатор, соединенный с накопительным
ресивером. При цикле намораживания открыт только соленоидный вентиль Уг.
После намораживания в трубах испарителей слоя льда 10—20 мм автоматически
закрывается вентиль Vz и открываются соленоидные вентили V \ и V^. Жидкий и
относи
тельно теплый хладагент поступает в испарители и оТтайваеФ
ледяные трубки, которые падают в бак с отбойниками и решетчатым дном для отделения
воды или попадают предварительно на шнековую дробилку. В процессе оттаивания
льда хладагент охлаждается (регенерация тепла оттаивания) и полностью
заливает испарители, емкость которых обеспечивает проведение последующего
повторного цикла льдонамораживания.
Представляют интерес оригинальные и высокоэффективные
агрегатные роторные льдогенераторы чешуйчатого льда КЕ-01 и КЕ-02
производства предприятия «Нема» (ГДР).
Автоматический льдогенератор КЕ-01 ( 104) массой 100 кг с габаритами 450X600X1300 мм включает в себя льдохранилище на 40 кг льда. При установочной электрической мощности 0,8 кВт льдогенератор КЕ-01
холодопроизводительностью 580 Вт изготовляет 80 кг льда в сутки (3,3 кг/ч). Льдогенератор КЕ-02 дает 180 кг льда в сутки.
Кроме общеизвестных простейших мини-льдогенераторов с
пластиковыми льдоформами для кубикового льда в домашних холодильниках,
внимания заслуживают новейшие термоэлектрические льдогенераторы.
Для льдогенератора с холодопроизводительностью Qx=300 Вт,
изготовляющего не менее 2 кг/ч льда, потребляемая мощность составляет 380 Вт,
а холодильный коэффициент ех = 0,8 (по другим данным, 8Х — 0,4).
Несмотря на пока еще малый холодильный коэффициент
(ех<1), термоэлектрические льдогенераторы уже получают распространение
благодаря своей компактности и надежности. По зарубежным данным,
термоэлектрический льдогенератор на —14 кг/сут стоит столько же, как и
обычный льдогенератор на 45 кг/сут.
В СССР [84] разработан термоэлектрический
мини-льдогенератор производительностью 0,5 кг льда в час.
|