Nepaliaujamai augant energijos kainoms, energijos taupymas ir jos panaudojimo efektyvumo didinimas tampa būtinybe. Didinti šilumos transformavimo mašinų našumą, patikimumą ir mažinti jų neigiamą poveikį aplinkai visuomet yra ilgalaikis siekis. Naujausi postūmiai transformavimo mašinose yra orientuoti į pažangesnius šaldymo procesus, kompresorių konstrukcijas. Pavyzdžiui žemos temperatūros gavimui parinkus kaskadinį šaldymo procesą vietoje dvipakopio galimą gauti daugiau negu 20% didesnį šaldymo koeficientą. Bene labiausiai verta pastebėti nepertraukiamas pastangas kurti naujus šaldymo agentus. Nauji, našumą gerinantys šaldymo agentai turi patobulinti ciklo valdymą, padėti naudoti didesnio našumo kompresorius bei naujus ciklus, įgyvendinančius optimalius ciklo efektyvumus, kad patenkintų kintančius šaldymo mastus.
Šiame darbe atliekama žemų temperatūrų kaskadinės šaldymo mašinos analizė, nustatomas šaldymo mašinos šalčio našumas apžvelgiama šilumos transformavimo mašinų našumo didinimo būdai.
Nustatoma pirmos ir antros pakopos pakopų pripildymo koeficientai.
Surandami šilumos atidavimo koeficientai garintuvui ir kondensatoriui iš agento pusės.
Nustatoma kuris dydis daro didžiausią įtaką šilumos perdavimo koeficientui.
Mašininiai šaldymo įrenginiai pradėti naudoti devyniolikto šimtmečio viduryje, pirmiausia maisto produktams laikyti. Pirmas įrenginys – kompresorinė šaldymo mašina – 1834 metais pagaminta Anglijoje. Ją išrado J. Perkinsas. Šaldantis kūnas joje buvo eteris. Vėliau atsirado amoniaku pagrįstos mašinos. Pirmoji tokio tipo mašina pagaminta 1876 metais Vokietijoje. Jos išradėjas – Karlas fon Lindė. Apie 1850 m. Floridoje sukurtas pirmas orinis aušinimo įrenginys. Šiame įrenginyje buvo naudojama atvira oro cirkuliacija.
Buvo kuriamos ir šaldymo mašinos, kurių veikimas pagrįstas garų srautu. Kol nebuvo sukurti specialūs metodai, mašinos, paremtos garinimo procesu, buvo neekonomiškos.
Nedideliuose šaldymo įrenginiuose nuo 1919 metų naudojama metilchloridas (CH3Cl) arba sieros dioksidas (SO2), kol 1931 ir 1960 metų laikotarpiu juos pakeitė įrenginiai, naudojantys chloro angliavandenius šaldymo agentus. Tačiau tapus aišku, jog tokie įrenginiai neigiamai veikia atmosferą (“ozono skylės”), jų naudojimas mažinamas.
Norint pasiekti žemesnę nei – 80° C temperatūrą, naudojamas dujų šaldymas žeminant jų slėgį arba naudojant droselius, veikiančius Tomsosno-Džoilio (Thomson-Joule) efekto pagrindu. Tokių įrenginių pagalba suskystinamas oras arba chloras, taip pat išgaunamos inertinės dujos.
Šaldymo mašinos skirstomos: Pagal našumą: dideli – našumas daugiau kaip 3,0 MW; vidutiniai – iki 3,0 MW; maži – iki 60 kW. Pagal temperatūros režimą: aukštų temperatūrų (10…-10 °C), vidutinių temperatūrų (-10…-20 °C) ir žemų temperatūrų (-20… -120 °C). Pagal darbo režimą: stacionarūs, nestacionarūs, nepertraukiamieji arba cikliniai, nestacionarūs su šilumos akumuliatoriais.
Pagal šaldymo agento rūšį: amoniakiniai, freoniniai, etaniniai, propaniniai, angliarūgštiniai, naudojantys šaldymo agentų mišinius. Pagal šaldymo būdą: tiesioginio šaldymo, netiesioginio šaldymo (tirpalinius ).
Priklausomai nuo šaldymo sistemos paskirties, galios ir charakteristikų galimi įvairūs šaldymo agentai. Parenkant medžiagą, galinčią atlikti šaldymo agento funkcijas, reikia nuodugniai išsiaiškinti šiuos aspektus:
– būtinas termodinamines charakteristikas, nes šaldymo mašinos veikla grindžiama termodinaminiais dėsniais;
– žmonių, prekių, įrenginių saugą. Šaldymo agentas veikia žmogų tiesiogiai, pavyzdžiui, jei prateka pro nesandarumus, ir netiesiogiai – per poveikį ozono sluoksniui ir šiltnamio efektą;
– techninius rodiklius, veikiančius šaldymo sistemos realizavimą ir patikimumą;
– ekonominius rodiklius, sudarančius techninių sprendinių pagrindą.
Kompresorinėse šaldymo mašinose, skirtose oro kondicionavimui, prieš kelis dešimtmečius išskirtinai buvo naudojami fluoro ar chloro ir metano ar etano angliavandenių dariniai. Jie buvo laikomi saugiausiais, nes nedegūs, praktiškai nenuodingi. Tačiau dėl didėjančio jų poveikio aplinkai (ozono sumažėjimo) pastaruoju laiku fluoro-chloro angliavandenių emisijai į atmosferą keliami vis griežtesni apribojimai. Atskirų šaldymo agentų pavojingumas ozonui yra nevienodas. Kiekvienas iš jų įvertinamas vadinamuoju santykiniu pavojingumo ozonui potencialu – RODP (Relative Ozon Depletion Potencial). Kenksmingiausiai medžiagai jis lygus vienetui. Tokia yra šaldymo medžiaga R11. Pvz. šaldymo agento ODP=0.5 – tai reiškia, kad duotas šaldymo agento kiekis per nustatytą laiką sunaikins pusę to ozono sluoksnio molekulių, kurias sunaikintų tas pats kiekis CFC-11 (R11) per tą patį laiką. RODP nustatomas laboratorinių tyrimų pagrindu apskaičiuojamas matematiškai pagal tam tikrą modelį, įvertinantį:
• Produkto stabilumą
• Difuzijos laipsnį
• Atskylančių nuo molekulės atomų skaičių – chloro ir bromo
• Ultravioletinių spindulių ir kitokio tipo spinduliavimo poveikį molekulei
Kitas žalingas šaldymo medžiagų poveikis – tai šiltnamio efektas, kurį sukelia padidėjęs CO2 kiekis atmosferoje. Kiekviena medžiaga įvertinama santykiniu šiltnamio efektu – RGE (Relative Greenhouse effect). Maksimali (blogiausia) jo reikšmė yra 1. Tokį RGE turi freonas R12. Ne ką mažesnė freono R11 reikšmė. Galima tikėtis, kad ateityje išaiškės ir kitokie šių medžiagų poveikio atmosferai aspektai. Svarbiausia neigiamo šaldymo medžiagų poveikio priežastis ta, kad vandenilio atomai pakeičiami fluoro ir chloro atomais. Tokioms medžiagoms priskirtini freonai R11, R12, R500 ir R502, ypač plačiai naudojami buitinėje šaldymo technikoje, parduotuvių ir saugyklų įrangoje. Tikimasi, jog jie bus pakeisti kitokiais freonais. Vienas iš tokių R134a, kurio RODP beveik 0. Tačiau iki galo neišaiškintas jo toksikologinis poveikis. Naujovėms priskirtinas freonas R22 iš dalies halogenizuota vandenilio, fluoro, chloro angliavandenių šaldymo medžiaga. Jo RODR – 0,05. Tačiau kol kas jį įmanoma naudoti tik didesnio nei 1kW galingumo įrenginiuose. Chloro neturintys freonai R23 (fluoro – angliavandenių) ir R152a (vandenilio – fluoro – angliavandenių) nepažeidžia ozono sluoksnio. Bet R152a yra degus.111 Mažą RODP turi vadinamosios neazeotropinės šaldymo medžiagos. Jų dėka ekonomiškesnėmis tampa ir pačios šaldymo mašinos. Greta dviejų komponentų kuriamos trijų komponentų šaldymo medžiagos. Nors jų RODP nedidelis, tačiau panaudojimas – tik laikinas ozono problemos sprendimas. Tausojant aplinką kaip šaldymo medžiaga vėl bandomas naudoti amoniakas (NH3), kuris dėl savo pavojingumo nenaudojamas nuo šio amžiaus septinto dešimtmečio vidurio.
Šiame darbe nagrinėjama žemos temperatūros šaldiklis kurio temperatūra yra nuo -75° C. Kaskadinės šaldymo mašinos naudojamos laboratorijose, pramonėje, medicinoje ir kitose srityse. Prieš paleidžiant mašinas, įrengimus ar gaminius į masinę arba vienetinę gamybą reikia atlikti tyrimus nustatyti įregimų naudojimo sąlygas, kaip jie reaguoja , į klimato pasikeitimus šiems tikslams labiausiai tinka žemos temperatūros klimatinės kameros, aplinkos imitavimo kameros kuriose yra įdiegta žemos temperatūros kaskadinė šaldymo mašina.
English 
Lithuanian