Эвтектические холодильные системы

     Принцип работы эвтектических холодильных систем очень прост - накопление "холода" в аккумумляторах холода.
     Самый простой аккумулятор холода - лед из речки или озера. Его запасают зимой и хранят все лето под слоем теплоизолятора - толстым слоем сена, опилок, торфа, земли и т.п. По мере надобности, лед извлекают из под  теплоизолятора и доставляют в холодильник.
     Холодильник - это теплоизолированная емкость, в простейшем случае охлаждаемая льдом, в котором находятся продукты, хранить которые необходимо при пониженной температуре: молоко, мясо, рыба, лекарства, фрукты, овощи и многое другое.
     Такие холодильники придумали очень давно. Сотни лет назад, если не тысячи.  Принцип действия очевиден, он лежит на поверхности!
     Всем хорош и экологичен такой холодильник, только температура замерзания воды, ноль градусов по Цельсию (+5...+10 град.С в холодильной камере), слишком высокая температура! При такой температуре многие продукты можно сохранять лишь очень короткое время.
     И снова принцип действия лежит на поверхности.
     Рассол - раствор поваренной соли в воде. Он замерзает при -20 градусах и, самое главное, температура замерзания изменяется при изменении концентрации рассола.  Находка для холодильщиков!
     На рисунке 1 зависимость температуры замерзания раствора поваренной соли NaCl от ее концентрации.

                                   Рис. 1
     Но температура замерзания -20 градусов (-15...-10 градусов в холодильной камере) маловата для многих продуктов!
     Есть и другие растворы, например, раствор хлористого кальция в воде. Он замерзает при температуре около -50 градусов. Зависимость температуры замерзания раствора от концентрации раствора - на рисунке 2.



                               Рис.2

На рисунке 3 еще один известный рецепт. Раствор этиленгликоля в воде.

 

 

 

 

 

 

                    Рис.3
               
     Чаще всего применяется именно раствор этиленгликоля в воде, так как другие указанные выше растворы имеют значительную коррозионную способность.      
     Раствор этиленгликоля в воде (с добавлением ингибиторов - веществ, препятствующих коррозии, и еще кое-каких присадок) - это не что иное, как всем известный Тосол.
     Любой из этих растворов можно применить для создания холодильников, в рабочей камере которых поддерживается температура существенно ниже 0 градусов С.
     Обращает на себя внимание характерный вид кривых на всех трех графиках. Все кривые имеют острый минимум. Раствор, имеющий соотношение компонентов, соответствующее минимальной точке называют эвтектическим.
     Раствор, не имеющий эвтектического состава, но и не слишком сильно оличающийся от него (с целью подбора нужной температуры замерзания), тоже называется эвтектическим. Холодильную систему, использующую для аккумулирования холода такой раствор, называют эвтектической холодильной системой.
     Зачем нужно замерзание? До 80% холода, накопленного в таком холодоаккумуляторе, накоплено именно в фазовом переходе жидкость-лед. Это позволяет существенно, в несколько раз, уменьшить массу раствора, необходимого для накопления нужного количества холода, по сравнению с незамерзающей жидкостью. 
     Автомобильные эвтектические холодильные системы находят широкое применение для перевозки мороженого и продуктов глубокой заморозки при температуре в фургоне -20 град.С и ниже.
     Такие системы состоят из теплоизолированного фургона, в котором на потолке и стенах расположены плоские резервуары с эвтектическим раствором (эвтектичесие плиты), как на рисунке 4,

                              Рис. 4

и компрессорной холодильной системы, работающей от внешней сети 380 В на стоянке. Холодильная система может быть установлена как на самом автомобиле (рис.5),

                           Рис.5.

так и на месте парковки автомобиля в вид стационарного агрегата. В последнем случае применяют очень мощную холодильную систему, способную за время стоянки произвести замораживание плит сразу нескольких автомобилей.
     Следует заметить, что для эвтектических плит в автомобилях применяют раствор пропиленгликоля, который, в отличие от этиленгликоля, не ядовит.
     На рисунках внизу результат испытания одной из эвтектических систем, которую мы изготовили и испытали весной 2010 г.
     Температура поверхности одной из 6 эвтектических плит, установленных в изотермическом фургоне, записывалась мобильным регистратором температуры. Регистратор фиксировал температуру и время измерения. После измерения данные с регистратора были сброшены на компьютер и распечатаны в виде графика.
     На первом рисунке процесс охлаждения эвтектической плиты при первоначальной заморозке, при которой охлаждение раствора начинается от комнатной температуры. Температура поверхности плиты сначала снижается, начиная от комнатной температуры. Затем температура перестает снижаться и даже несколько возрастает. Идет процесс замерзания эвтектического раствора. Температура замерзания низкотемпературных эвтектических плит стандартна - минус 33 град.С. 
     Небольшое возрастание температуры в процессе замерзания раствора связано с "лавинообразным" замерзанием переохлажденного эвтектического раствора и соответствующим тепловыделения вследствие этого.
     По завершении процесса замерзания температура снова снижается ниже температуры замерзания. Это охлаждается уже полностью замерзший раствор. Из приведенного графика видно, что процесс замерзания раствора начался около 23 ч 00 мин 9 июня, а завершился примерно в 07 ч 00 мин 10 июня, т.е. длился 8 часов.
     В 9 ч 00 мин регистратор температуры достали из фургона и сбросили данные с него на компьютер. В итоге получили следующий график.  Рисунок 6.

 

                                                Рис. 6

     "Расшифровка" графика на рисунке 7.

 

 

Рис. 7

     Ступеньки на кривой - кратковременные открывания дверей для съемок тепловизором и для регулировки ТРВ.
     В 9 ч 30 мин регистратор вновь был установлен на поверхность эвтектической плиты и запись температуры была продолжена. .
     На рисунках 8 и 9 наблюдается эффект поддержания температуры за счет аккумулированного холода в  замороженном эвтектическом  растворе после выключения холодильной системы.
     Мы ее выключили не в 9 , а только в 17 часов, потому как было сильно интересно, что получится, а заказчик нас не торопил. За время работы холодильной системы до 17 ч 00 мин. (в это время была выключена холодильная система) произошло понижение температуры поверхности плиты до температуры ниже минус 40 град. С. (Регистратор температуры ТР-1 не записывает температуру ниже - 40 град.). Экстраполируя  график,  можно сказать, что температура поверхности понизилась до -43 град.С. См. рисунок 9.
     В 17 ч 00 мин холодильная система была остановлена, и началось повышение  температуры поверхности плиты и, как следствие, температуры воздуха в фургоне (рисунок 8 и его расшифровка на рис.9). 
     Примерно в 20 ч 00 мин температура поверхности плиты начала поддерживаться за счет аккумулированного холода в  замороженном эвтектическом  растворе. Теплота его плавления очень велика, и поэтому скорость нагрева поверхности плит всего 3 градуса за 13 часов (двери не открывались!).
     Разница температуры воздуха в фургоне и поверхности плит (при полностью замороженных плитах) может составлять от 4 до 10 градусов в зависимости от степени теплоизоляции фургона, частоты открывания дверей в фургон  и температуры окружающего  воздуха. 
 

                                             
Рис.8

 

Рис.9.
Заморозка эвтектических плит и повышение температуры после выключения холодильной системы. Датчик температуры не фиксирует значения ниже - 40 градусов С. (Рис.8). На рисунке 9 экстраполяция изменения температуры поверхности плиты за нижним пределом измерения регистратора.

 

Звоните прямо мне! 

Проконсультирую по эвтектическим холодильным системам.

Организую доставку итальянских эвтектических плит.  

Тел. +7 920 293-33-53     E-mail: vitel&bk.ru