Холодильные установки изотермических (рефрижераторных) контейнеров.

Прогрессивным направлением развития технологии транспортировки скоропортящихся грузов в настоящее время и на ближайшую перспективу является укрупнение грузовых мест, пакетизация и использование специализированных изотермических (10, 20 и 40 футовых) кон­тейнеров. В сравнении с рефрижераторными судами транспортировка скоропортящихся грузов в изотермических контейнерах имеет значи­тельные преимущества:

- хранить продукцию можно в контейнерах на оборудованных площадках, поэтому отпадает необходимость в строительстве крупных стационарных портовых холодильников;

- перевозить на одном судне малыми партиями широкий ассортимент груза с различными условиями по температуре, влажности и воздухообмену;

- улучшается сохранность и качество перевозимого груза из-за высокой равномерности температурного поля и влажности внутри контейнера, на всем следовании от "двери и до двери", в том числе и при переходах с одного вида транспорта на другой. Это позволяет перевозить такие нетрадиционные грузы, как цветы, ценные породы рыб;

- высокая степень автоматизации на основе микропроцессорной тех­ники;

- уменьшаются сроки доставки грузов за счет высокой интенсификации пе­регрузочных работ и перевозок грузов на специализированных судах-контейнеровозах и судах типа «ро-ро» с высокой скоростью хода и более низкими эксплуатационными расходами;

-отсутствуют промежуточные перегрузки грузовых продуктов;

- нет необходимости накапливания больших партий однородных скоропортящих­ся грузов, что характерно для рефрижераторных судов.

Рефрижераторные установки международных фирм “Carrier Transicold”, “Thermo King”, “Sabroe”, «Thermo King Corporation» – самые распространенные марки контейнеров на современном мировом рынке.

Перевозку рефрижераторных контейнеров выпол­няют суда - контейнеровозы типа ро-ро, лихтеровозы и универсальные суда, приспособленные под перевозку рефконтейнеров. Во всем следует руководс­твоваться Кодексом торгового мореплавания РФ, общими и специальными правилами перевозки грузов.

Изотермические контейнеры по международной системе ISO, предназначенные для перевозки скоропортящихся грузов погрузоподъемности и максимальному размеру разделяются накрупнотоннажные - масса брутто 30т, максимальный размер 40 футов (12,2 м); среднетоннажные - масса брутто 20 т, максимальный размер 20 футов (6,1 м); малотоннажные - масса брутто 10 т, максимальный размер 10 футов (3,05 м); (высота контейнеров может быть 2438 мм, 2591мм, 2743мм и 2896 мм).

Основные элементы контейнерных холодильных установок, не­смотря на различия в компоновке и отдельных конструктивных решениях, однотипны. В контейнерах применяются только полностью автома­тизированные холодильные установки.

Наиболее распространены изотермические контейнеры со встроен­ной или съемной холодильной установкой без дизель-генераторной установки (снабжение электроэнергией от судовой электростанции). Корпус контейнера герметичен, состоит из прочного каркаса, стенок, крыши и пола. Наружная обшивка выполняется из нержавеющей стали, алюминиевых сплавов, стеклопластика. Для внутренней обшивки используют пи­щевой алюминий или пищевую нержавеющую сталь. Для циркуляции воздуха на внутренней обшивке предусматриваются гофры.

Системы охлаждения контейнеров воздушные. Циркуляция воздуха обеспечивается одним или несколькими осевыми вентиля­торами. Воздухоохладители непосредственного охлаждения, ребристые (трубки, как правило, медные, ребра алюминиевые). Поступление хладагента в воздухоохладители регулируется терморегулирующими вентилями с распределительными устройствами. Оттаивание воздухоохладителей выполняется электронагревателями, которые используются также и для обогрева контейнеров зимой.

Датчиком начала оттаивания воздухоохладителя является дифференциальное реле давления воздуха до и после воздухоохладителя, датчиком окончания оттаивания — термореле, иногда эта система дублируется реле времени. Конденсаторы с оребрёнными трубками и с воздушным охлаждением. Во многих конструкциях в установку включаются ресиверы с водя­ным охлаждением, выполняющие функции конденсаторов во время морских перевозок. Ресивер-конденсатор снабжается штуцерами для подключения его к судовой системе забортной воды. Давле­ние в водяной системе охлаждения контролируется датчиком - реле давления; при снижении давления воды до определенного значения реле включает вентиляторы воздушного конденсатора.

Холодильный агрегат расположен на легкой алюминиевой рамке, имеет электрический автономный узел охлаждения/нагревания. Агрегат устанавливается в передней части контейнера и служит также передней стенкой контейнера. Для установки и снятия агрегата имеются пазы для вилочных погрузчиков. Агрегат поставляется в комплекте с хладагентом R-134а для первой заправки. ( Эти агрегаты могут быть модернизированы для применения и других хладагентов, снабжены расходным смазочным маслом, индикаторными лампами режима работы, регулятором температуры и готовы к эксплуатации). Некоторые агрегаты двойного напряжения: на 190/230 В или 380/460 В переменного тока, трехфазного, 50-60 Гц. Масса установок 545…620 кг, масса хладагента 3,9…5.6 кг. Электропитание обеспечивается с помощью однофазного трансформатора, понижающего напряжение переменного тока до 24 В.

Контроллер - это электронный регулятор на основе микропроцессора настраивается на требуемую температуру контейнера, работает автоматически для поддержания требуемой температуры в очень строгих пределах. Система управления автоматически выбирает режим охлаждения / выдержки или нагрева для поддержания требуемой температуры внутри контейнера. Холодопроизводительность установок изменяется методом пусков и остановок компрессора. В некоторых случаях дополнительно используется байпасирование (перепуск) части сжатого пара во всасывающую линию. Агрегаты оснащены самопишущим термометром типа «Partlow» с двумя датчиками «Simpson» или батарейными самопишущими термометрами типа «Fuji Kiki» или «Saginoija». Кроме того, они оснащены цифровым дисплеем для показания температуры (°С или °F).

На рис. 1.18 изображены схема холодильной установки изотермического контейнера 69NT (а) и ее цикл в диаграмме i–lg p (б)

Рис.1.18 (а). Схема холодильной установки изотермического контейнера типа 69 NT

1 -запорный клапан на нагнетании компрессора, 2-запорный клапан на всасывании компрессора, СВ - соленоидный вентиль на всасывающей линии, РК - соленоидный регулирующий клапан, ТРВ с внешним уравниванием давления И - испаритель, ИВ - индикатор влаги, ОК - соленоидный перепускной клапан, Д - дроссель, КД_вод - конденсатор с водяным охлаждением, ФО - фильтр-осушитель, 3-трехходовой клапан на жидкостной магистрали, П_к - предохранительный клапан по давлению, КД_возд - конденсатор с воздушным охлаждением, В – вентилятор, ТБ – термобаллон.

Рис.1.18 (б). Термодинамический цикл холодильной установки 69 NT:(1 – 2) – сжатие в компрессоре; (2 – а) – снятие перегрева в конденсаторе; (а – 3) – конденсация; (3 – 4) – дросселирование в ТРВ или дросселе Д ; (4 – 5) – кипение в испарителе; (5 – 1) – перегрев в испарителе; точка 6 – смешение паров хладагента после испарителя и хладагента после дросселирования; (6 – 7) – сжатие в компрессоре при охлаждении через дроссель.

При включении установки в работу автоматически запускаются: компрессор КМ, вентиляторы В конденсатора (КД_возд) и испарителя И. Пары хладагента сжимаются в компрессоре (1 – 2) (рис.2.2-б) и направляются в воздушный конденсатор (КД_возд), где происходит их охлаждение до температуры конденсации (2 – а) и сама конденсация (а – 3). При необходимости возможно дополнительное охлаждение жидкого хладагента в водяном конденсаторе (КД_вод). Далее хладагент проходит через предохранительный клапан ПК (Р_Макс = 2,4 МПа), фильтр-осушитель ФО, индикатор влаги в хладагенте ИВ. При попадании влаги в систему цвет индикатора меняется на розовый. Яркость цвета индикатора зависит от количества влаги. После дросселирования в ТРВ (3 – 4) жидкий хладагент кипит (4 – 5) и перегревается (5 – 1) в испарителе И, отнимая теплоту от воздуха контейнера. Образовавшиеся пары хладагента проходят через обводной канал в корпусе закрытого соленоидного вентиля СВ на всасывание компрессора КМ. Для облегчения пуска компрессора в начальный период времени, регулирующий клапан РК закрывается полностью, открывается примерно через 6 мин.

Холодильно-нагревательное обо­рудование может работать в сле­дующих режимах:

- поддержание температура хра­нения груза ниже или выше —10 °С;

- режим обогрева;

- режим оттаивания;

- режим вентиляции.

В низкотемпературном режиме хранения при снижении температуры воздуха на входе в испаритель до — 10 °С контроллер Рг подает импульс на открытие соленоидного вентиля СВ, увеличивая холодопроизводительность компрессора. Контроль температуры воздуха в контейнере осуществляется термобаллоном, установленным на входе воздуха в испаритель, что обеспечивает при любых теплопритоках температуру хране­ния не выше заданной. При снижении температуры входящего воздуха до 2 °С выше заданной включается лампочка «in range», показывающая работу установки в нормальных температурных пределах. Дальнейшее снижение температуры воздуха, входящего в испаритель И, на 0,25 °С выше заданной вызывает прикрытие регулирующего клапана РК и уменьшение холодопроизводительности компрессора. Если температура окружающего воздуха невысокая, то температура на входе в испаритель будет продолжать падать. Наконец, при снижении ее на 0,25 °С ниже за­данной, регулирующий клапан полностью закроется, а компрессор и вентилятор конденсатора остано­вятся. Также выключится лампочка «cool». Температура воздуха на входе в испаритель начнет расти и при увеличении выше заданной на 0,25 °С компрессор и вентилятор вновь включатся, переходя на цикличную работу «пуск—остановка». Для защиты компрессора от работы короткими циклами предусмотрено реле задержки, разрешающее последующий пуск через 6 мин после его остановки. Разгрузка компрес­сора при пуске достигается при закрытии регулирующего клапана РК.

При режиме хранения груза выше минус 10 °С регулируется темпера­тура воздуха на выходе из испари­теля. Контроль температуры воз­духа на выходе из испарителя обеспечивает температуру хранения ды­шащих продуктов не ниже заданной, не допуская подмораживания груза. При снижении температуры на 0,25 °С выше заданной, по аналогии с предыдущим режимом, в работу вступает регулирующий клапан РК, прикрывая проходное сечение и уменьшая холодопроизводительность компрессора. Когда клапан РК за­кроется примерно наполовину, контроллер даст импульс на открытие охлаждающего клапана ОК. Небольшое количество жидкого хладагента через дроссель охлаждающего клапана поступит во всасывающую полость компрессора. В этом случае возможно образование снеговой «шубы» на всасывающем клапане и крышке электродвигателя.

Если температура окружающей среды невысокая, то при дальнейшем снижении температуры выходящего из испарителя воздуха на 0,25 °С ниже заданной, регулирующий клапан закроется, компрессор и вентилятор конденсатора остановятся. Установка перейдет на цикличную работу, аналогичную предыдущему режиму.

Снятие снеговой «шубы» происходит автоматически через интервал времени, задаваемый рукояткой селектора (DYS) либо вручную в любое время тумблером MD (manual defrost). При включении режима оттаивания выключаются компрессор, а также вен­тиляторы конденсатора и испари­теля; вместо лампочки «cool» загорается «defrost» и включается электрический подогреватель испарителя. Как только температура воздуха в испарителе выйдет за допустимые пределы (t _зад + 2°С), включается 90-минутная задержка времени, не позволяющая сработать сигнализации «out range» о неисправности работы холодильной установки до истечения этого времени. При повышении температуры змеевика до + 24 °С выключается подогреватель, запускаются компрессор и все вен­тиляторы, а вместо лампочки оттаивания «defrost» загорается лампочка охлаждение «cool». Если подогреватель не выключится при температуре змеевика 54,5 °С., термостат защиты выключает его. Температура воздуха внутри контейнера должна войти в допустимые пределы в течение 90-минутной задержки при исправной работе холодиль­ной установки. В противном случае загорится лампочка «вне режима» «out range» вместо лампочки «в режиме» «in range», свидетель­ствующая о неисправности работы контейнера.

Отличиемсхемы холодильных агрегатов BAIII ES и СРЕ 51-2 ВАС фирмы «Митцубиси» от рассмотренного выше является наличие регенеративного теплообменника, увеличивающего удельную массовую холодопроизводительность хладагента (рис.1.19). В схеме предусмотрен дополнительный соленоидный вентиль СВ2, который, открываясь, перепускает горячие пары хладагента (при открытом клапане 3) на вход в испаритель, снимая «снеговую шубу».

Рис. 1.19. Схема холодильной установки агрегатов BAIII ES и СРЕ 51-2 ВАС фирмы «Митцубиси» на контейнерах типа СРЕ 14-2.

КМ – компрессор; КД_возд – конденсатор с воздушным охлаждением; В – вентилятор; Р – ресивер; РТО – регенеративный теплообменник; ИВ – индикатор влаги; Ф-О –фильтр-осушитель; СВ – соленоидный вентиль; ТРВ - терморегулирующий вентиль; И – испаритель; Д – дроссель; 1, 2 – запорные сервисные клапаны; 3 – клапан горячего пара; 4 – клапан выдачи-зарядки хладагента.

Вопросы для самоконтроля по главе 1.

Чем отличаются процессы кипения и испарения? 2. Как зависят температуры кипения и конденсации от давления? 3. По­чему передача теплоты при конечной раз­ности температур влечет необратимые по­тери энергии? 4. Какой физический процесс используют для получения холода в паро­компрессионных холодильных машинах? 5. Для какого из хладагентов (R134а и R404А) и почему раз­меры компрессора будут минимальны? 6. При каком давлении кипят хладагенты R134а и R404А? Что происходит с аммиаком при тем­пературе — 50 С? 7. Как взаимодействуют аммиак, R134а и R404А с металлами? 8.Почему на газовозах приходится использовать каскадные установки? 9. По­чему невозможна практическая реализация цикла Карно? 10. Каким образом можно увеличить холодильный коэффициент? 11. Как влияет на эффективность холодильного цик­ла замена расширительного цилиндра на регулирующий вентиль? 12. Как влияет пере­охлаждение жидкого хладагента в конден­саторе на удельную массовую холодопроизводительность? 13. Каким образом установка регенеративного теплообменника влияет на параметры цикла холодильной машины? 14. Почему количество пара, выходящего из промежуточного сосуда, больше, чем вхо­дящего в него? 15. Почему в холодильных машинах применяют двухступенчатое сжатие? 16. В чем преимущество изотермических конейнеров?

Литература по главе 1.