Холодильник на жидком азоте

Холодильник на жидком азоте

В России, в отличие от развитых зарубежных стран, использование регулируемых газовых сред (РГС), в частности азота, для хранения продуктов, находится в крайне неудовлетворительном состоянии. По данным ВНИКИ МВЭС в США в 1988 г. в пищевой промышленности использовалось 16,8% объема производства жидкого азота. В бывшем СССР в этом же году использовалось менее 1%. Существует два типа камер с проточной системой хладоснабжения:

  • с внутренним расположением резервуаров с жидким азотом;
  • с внешним расположением таких резервуаров.

При внутреннем расположении, несмотря на то, что при этом занимается некоторый грузовой объем камеры, практически ликвидируются потери азота, связанные с выпуском его из резервуара через предохранительный клапан, а также значительно лучше самоустанавливается температура в камере. Первые трудности в эксплуатации таких камер вызвало неравномерное распределение температуры по объему камеры. Это можно объяснить возникновением больших температурных напоров вследствие значительной разницы температур между продуктом, заложенным в камеру на хранение, и температурой поступающего в камеру жидкого азота.

Ликвидировать неравномерность температурного поля стало возможно за счет принудительной циркуляции азота в объеме камеры шоковой заморозки. Фирма «Union Carbide corporation» (Англия) предлагает для этой цели вентилятор, приводимый во вращение энергией давления испарившегося азота. Принцип действия такого устройства показан на рис. 1.34 и заключается в следующем: из сосуда жидкий азот поступает к разбрызгивающему устройству — форсункам, через вентиль и двухходовой теплообменник, расположенный в нижней части камеры. Конструктивное выполнение теплообменника показано на рис. 1.35. Криовещество проходит по прямым и обратным ходам теплообменника, которыми являются трубы, окруженные изоляцией и расположенные в Т-образной конструкции ребер пола. В конструкции пола имеются ходы для циркуляции газообразного азота. В результате обмена тепла с азотной средой, жидкий азот в трубах теплообменника испаряется и поступает на лопасти турбины, вращающей вентилятор. Вентилятор создает циркуляцию азотной среды (показано стрелками), которая тем больше, чем больше неравномерность температур. Азот, вращающий турбину, выходит через патрубок в камеру. Автоматические вентили регулируют расход азота по шкалам датчиков температуры.

Для обеспечения равномерного охлаждения камеры возможно применение эжекторного устройства, изображенного на рис. 1.36. Данная система охлаждения предусматривает подачу жидкого азота из сосуда через трубопровод, расположенный внутри кожуха, к эжектору. В результате эжекции оборотного потока азотной среды создается искусственная циркуляция. Подача азота через сопло эжектора регулируется вентилем по шкале датчика температуры. При плавном изменении проходного сечения регулирующего вентиля возможно регулирование кратности циркуляции азотной среды. После смешивания впрыскиваемого азота с оборотным потоком разница между температурой смеси, поступающей в грузовой объем камеры и внутри самой камеры, может быть уменьшена, что улучшает условия хранения.

С целью снижения разницы температур поступающего азота и внутри камеры рекомендуется охлаждать грузовой объем парами азота. В этом случае (рис. 1. 37) из сосуда подается только газообразный азот, поступающий в теплообменник и регулирующий вентиль на вентилятор, после чего он распространяется внутри камеры через отверстия в коллекторе.

Для более равномерного распределения температуры в камере и улучшения условий хранения продуктов, температура поступающего азота должна быть по величине близка к температуре в камере. Это условие выполнено в системе охлаждения, изображенной на рис. 1.38. Данная система может быть использована для охлаждения нескольких камер: 1, 2, 3. Между изоляционным ограждением камер и герметичным кожухом имеется продух. Подача жидкого азота из сосудов осуществляется через вентиль в систему теплообменников. Проходя по теплообменникам, жидкий азот испаряется и нагревается на выходе из последнего теплообменника до температуры, близкой к требуемой температуре в камере. Из камеры азот поступает в продух, проходя сквозь поры изоляции ограждения, в качестве которого может быть использована любая пористая теплоизоляция. При этом азот, охлаждая изоляцию, нагревается до температуры окружающей среды и препятствует проникновению теплопритоков в камеру, полностью используя свой температурный потенциал. Из продуха азот попадает в теплообменник, где охлаждается до температуры, несколько меньшей, чем требуемая температура в камере, и через вентиль поступает в камеру.

Порядок прохождения вторичного потока паров азота через камеры 2, 3 и теплообменники — аналогичен.

Снижение усушки при азотном охлаждении камер хранения является результатом отсутствия в камере поверхностей охлаждения. Поэтому влага, выделившаяся из продуктов, быстро насыщает объем камеры до 9=100%. Отсутствие отвода влаги из камеры хранения охлажденного мяса приводит к увлажнению его поверхности и не допускает образования корочки подсыхания. Это вызывает ухудшение товарного вида мяса, интенсификацию развития микрофлоры, ослизнение поверхности. Предлагаются конструктивные решения, предотвращающие конденсацию влаги на поверхности мяса вследствие отвода влаги из камеры хранения охлажденного мяса с положительными температурами. Такие камеры (рис. 1.39 и 1.40) предусматривают оребренный испаритель, размещенный в кожухе, через который проходит смесь азота с влагой, выделившейся с поверхности продукта. Влага в виде росы оседает на стенках ребер испарителя, стекает в поддон и удаляется из камеры через сливную трубу. Циркуляция потока азотной смеси осуществляется вентилятором, который использует для вращения энергию давления азота, испарившегося в выносном из охлаждаемого контура испарителе.

Читайте также:  Как можно найти информацию о человеке

С целью повышения эффективности работы разбрызгивающих жидкий азот устройств разработана система азотного охлаждения, при котором эффективность подачи азота в камеру (а следовательно, и регулирование температуры) была максимальной. Особенностью системы является тот факт, что подающий трубопровод не имеет запорных устройств, а подача азота к форсункам осуществляется под давлением, которое создается в выносном испарителе в результате испарения жидкого азота, поступающего через автоматический вентиль. Автоматический вентиль регулирует расход азота в испаритель по сигналу от чувствительного элемента — датчика температуры. Для снижения инерционности системы регулирования испаритель должен иметь минимально возможную емкость при максимальной поверхности теплообмена.

В России, в отличие от развитых зарубежных стран, использование регулируемых газовых сред (РГС), в частности азота, для хранения продуктов, находится в крайне неудовлетворительном состоянии. По данным ВНИКИ МВЭС в США в 1988 г. в пищевой промышленности использовалось 16,8% объема производства жидкого азота. В бывшем СССР в этом же году использовалось менее 1%. Существует два типа камер с проточной системой хладоснабжения:

  • с внутренним расположением резервуаров с жидким азотом;
  • с внешним расположением таких резервуаров.

При внутреннем расположении, несмотря на то, что при этом занимается некоторый грузовой объем камеры, практически ликвидируются потери азота, связанные с выпуском его из резервуара через предохранительный клапан, а также значительно лучше самоустанавливается температура в камере. Первые трудности в эксплуатации таких камер вызвало неравномерное распределение температуры по объему камеры. Это можно объяснить возникновением больших температурных напоров вследствие значительной разницы температур между продуктом, заложенным в камеру на хранение, и температурой поступающего в камеру жидкого азота.

Ликвидировать неравномерность температурного поля стало возможно за счет принудительной циркуляции азота в объеме камеры шоковой заморозки. Фирма «Union Carbide corporation» (Англия) предлагает для этой цели вентилятор, приводимый во вращение энергией давления испарившегося азота. Принцип действия такого устройства показан на рис. 1.34 и заключается в следующем: из сосуда жидкий азот поступает к разбрызгивающему устройству — форсункам, через вентиль и двухходовой теплообменник, расположенный в нижней части камеры. Конструктивное выполнение теплообменника показано на рис. 1.35. Криовещество проходит по прямым и обратным ходам теплообменника, которыми являются трубы, окруженные изоляцией и расположенные в Т-образной конструкции ребер пола. В конструкции пола имеются ходы для циркуляции газообразного азота. В результате обмена тепла с азотной средой, жидкий азот в трубах теплообменника испаряется и поступает на лопасти турбины, вращающей вентилятор. Вентилятор создает циркуляцию азотной среды (показано стрелками), которая тем больше, чем больше неравномерность температур. Азот, вращающий турбину, выходит через патрубок в камеру. Автоматические вентили регулируют расход азота по шкалам датчиков температуры.

Для обеспечения равномерного охлаждения камеры возможно применение эжекторного устройства, изображенного на рис. 1.36. Данная система охлаждения предусматривает подачу жидкого азота из сосуда через трубопровод, расположенный внутри кожуха, к эжектору. В результате эжекции оборотного потока азотной среды создается искусственная циркуляция. Подача азота через сопло эжектора регулируется вентилем по шкале датчика температуры. При плавном изменении проходного сечения регулирующего вентиля возможно регулирование кратности циркуляции азотной среды. После смешивания впрыскиваемого азота с оборотным потоком разница между температурой смеси, поступающей в грузовой объем камеры и внутри самой камеры, может быть уменьшена, что улучшает условия хранения.

С целью снижения разницы температур поступающего азота и внутри камеры рекомендуется охлаждать грузовой объем парами азота. В этом случае (рис. 1. 37) из сосуда подается только газообразный азот, поступающий в теплообменник и регулирующий вентиль на вентилятор, после чего он распространяется внутри камеры через отверстия в коллекторе.

Для более равномерного распределения температуры в камере и улучшения условий хранения продуктов, температура поступающего азота должна быть по величине близка к температуре в камере. Это условие выполнено в системе охлаждения, изображенной на рис. 1.38. Данная система может быть использована для охлаждения нескольких камер: 1, 2, 3. Между изоляционным ограждением камер и герметичным кожухом имеется продух. Подача жидкого азота из сосудов осуществляется через вентиль в систему теплообменников. Проходя по теплообменникам, жидкий азот испаряется и нагревается на выходе из последнего теплообменника до температуры, близкой к требуемой температуре в камере. Из камеры азот поступает в продух, проходя сквозь поры изоляции ограждения, в качестве которого может быть использована любая пористая теплоизоляция. При этом азот, охлаждая изоляцию, нагревается до температуры окружающей среды и препятствует проникновению теплопритоков в камеру, полностью используя свой температурный потенциал. Из продуха азот попадает в теплообменник, где охлаждается до температуры, несколько меньшей, чем требуемая температура в камере, и через вентиль поступает в камеру.

Читайте также:  Винчестер для ноутбука lenovo

Порядок прохождения вторичного потока паров азота через камеры 2, 3 и теплообменники — аналогичен.

Снижение усушки при азотном охлаждении камер хранения является результатом отсутствия в камере поверхностей охлаждения. Поэтому влага, выделившаяся из продуктов, быстро насыщает объем камеры до 9=100%. Отсутствие отвода влаги из камеры хранения охлажденного мяса приводит к увлажнению его поверхности и не допускает образования корочки подсыхания. Это вызывает ухудшение товарного вида мяса, интенсификацию развития микрофлоры, ослизнение поверхности. Предлагаются конструктивные решения, предотвращающие конденсацию влаги на поверхности мяса вследствие отвода влаги из камеры хранения охлажденного мяса с положительными температурами. Такие камеры (рис. 1.39 и 1.40) предусматривают оребренный испаритель, размещенный в кожухе, через который проходит смесь азота с влагой, выделившейся с поверхности продукта. Влага в виде росы оседает на стенках ребер испарителя, стекает в поддон и удаляется из камеры через сливную трубу. Циркуляция потока азотной смеси осуществляется вентилятором, который использует для вращения энергию давления азота, испарившегося в выносном из охлаждаемого контура испарителе.

С целью повышения эффективности работы разбрызгивающих жидкий азот устройств разработана система азотного охлаждения, при котором эффективность подачи азота в камеру (а следовательно, и регулирование температуры) была максимальной. Особенностью системы является тот факт, что подающий трубопровод не имеет запорных устройств, а подача азота к форсункам осуществляется под давлением, которое создается в выносном испарителе в результате испарения жидкого азота, поступающего через автоматический вентиль. Автоматический вентиль регулирует расход азота в испаритель по сигналу от чувствительного элемента — датчика температуры. Для снижения инерционности системы регулирования испаритель должен иметь минимально возможную емкость при максимальной поверхности теплообмена.

Использование: в холодильных агрегатах транспортируемых рефрижераторов и в малых холодильниках для овощехранилищ. Сущность изобретения: холодильник состоит из термоизолированной холодильной камеры 1, внутри которой помещен сосуд Дьюара 2 с жидким азотом. Внутри сосуда, закрытого крышкой 3 с газоотводной трубкой 4, помещен нагревательный элемент 5, который подключен через ключ 6 к источнику энергии 7 и автоматическому регулятору 8, который запитан от источника энергии 7. На газоотводной трубке 4 установлен испаритель 9, исключающий разбрызгивание капель жидкого азота по холодильной камере 1. 1 ил.

Изобретение относится к области холодильной техники, в частности к холодильным агрегатам транспортируемых рефрижераторов и небольшим холодильным агрегатам для овощехранилищ сезонного характера действия.

Применяемые холодильные агрегаты состоят из устройства, где с помощью рабочего тела от холодного тела отбирается тепловая энергия и передается нагретому, при этом холодное тело соединено с термоизолированной холодильной камерой, а нагретое тело — с радиатором, через который избыточное тепло рассеивается в окружающей среде. Вне зависимости от принципа действия (компрессорный, адсорбционный или на эффекте Пельтье) такие холодильники имеют в своем составе нагреватель с температурой выше окружающей среды, причем при их функционировании часть энергии идет на нагрев атмосферы (бесполезная трата энергии), кроме того, такие устройства сложны по конструкции.

Наиболее близким к предлагаемому является холодильный агрегат "УМКА". Этот холодильный агрегат устанавливается непосредственно в холодильной камере и состоит из сосуда Дьюара с жидким азотом, компрессора, устройства разбрызгивания жидкого азота и контрольного устройства.

Недостатками такого холодильника являются необходимость управления им как в процессе охлаждения, так и в процессе поддержания температуры в холодильной камере (отсутствие автоматического режима) и сложность конструкции.

Целью изобретения является упрощение конструкции и обеспечение автоматического режима работы устройства.

Сущность изобретения заключается в том, что из конструкции холодильного агрегата типа "Умка" удалены компрессор и разбрызгивающее устройство, а вместо них введены источник электроэнергии, электрический нагревательный элемент, испаритель жидкого азота и автоматическое регулирующее устройство.

Читайте также:  Лазерный принтер и струйный принтер отличия

На чертеже изображена схема, поясняющая принцип действия и конструкцию предлагаемого холодильника.

Холодильник состоит из термоизолированной холодильной камеры 1, внутри которой помещен сосуд Дьюара 2 с жидким азотом, внутри сосуда Дьюара 2, закрытого крышкой 3 с газоотводной трубкой 4, помещен нагревательный элемент 5, который подключен через ключ 6, расположенный вне холодильной камеры 1, к источнику энергии 7 и автоматическому регулятору 8, который запитан также от источника энергии 7. На газоотводной трубке 4 установлен испаритель 9, исключающий разбрызгивание капель жидкого азота по холодильной камере 1.

Автоматический регулятор 8 содержит термодатчик 10 и задатчик температуры 11 с установочной шкалой 12, выходы термодатчика 10 и задатчика 11 подключены соответственно к первому и второму входам устройства сравнения 13, выход которого через усилитель 14 подключен к нагревательному элементу 5. Кроме того, выход термодатчика 10 подключен к устройству визуализации 15, расположенному вне термоизолированной холодильной камеры 1.

Холодильник работает в режимах ручного и автоматического управлений.

В первом случае оператор, наблюдая с помощью устройства визуализации 15 за значением температуры, с помощью ключа 6 управляет процессом испарения азота из сосуда Дьюара 2, периодически подключая нагревательный элемент 5 к источнику энергии 7. В этом случае холодильник работает как "Умка", выделяя газ и не разбрызгивая азот.

В автоматическом режиме холодильник работает следующим образом. Оператор устанавливает с помощью шкалы 12 на выходе задатчика 11 требуемое значение электрического напряжения, соответствующее температуре на шкале 12. Если температура в холодильной камере 1 выше, чем значение температуры, установленное на шкале, то с термодатчика 10 на вход устройства сравнения 13 приходит напряжение, большее, чем с задатчика 11 на второй вход устройства сравнения 13. При этом на выходе устройства сравнения устанавливается высокий уровень напряжения, а усилитель 14 обеспечивает поступление тепла через нагревательный элемент 5 в сосуд Дьюара 2 и интенсификацию процесса выкипания азота из него.

Холодный газообразный азот через газоотводную трубку 4 и испаритель 9, который доиспаряет капли жидкого азота, которые при большой интенсивности испарения появляются на выходе газоотводной трубки 4, выходит внутрь холодильной камеры 1 и снижает температуру внутри нее. Как только температура станет меньше, чем температура, установленная на шкале 12, напряжение, снимаемое с термодатчика 10, становится меньше, чем напряжение, снимаемое с задатчика 11, и на выходе устройства сравнения 13 устанавливается низкой уровень напряжения, усилитель 14 закрывается и нагревательный элемент 5 перестает подавать тепло внутрь сосуда Дьюара 2, что снижает интенсивность процесса кипения в нем жидкого азота и соответственно поступление холодного газа в холодильную камеру 1. Таким образом реализован режим автоматического поддержания требуемой температуры в холодильной камере.

Положительный эффект изобретения достигается за счет замены сложных узлов в прототипе (компрессор, разбрызгиватель) на простые (нагреватель, испаритель, источник электроэнергии, автоматический регулятор), при этом обеспечивается автоматический режим работы холодильника.

Дополнительным положительным эффектом является замена охлаждения холодильной камеры при испарении разбрызганных капель на охлаждение уже испарившимся азотом (более того, специально введен испаритель случайных капель). Это позволяет не бояться порчи, например, плодов и фруктов в рефрижераторе из-за точечных обморожений (эта продукция не требует минусовой температуры при перевозке к потребителю).

Наиболее вероятным применением предлагаемого холодильника является его использование во временных фруктоовощехранилищах в местах их сбора (на юге) и в упрощенных либо приспособленных рефрижераторах при перевозке их на север.

Стоимость жидкого азота позволяет его широкое использования для широкой гаммы продуктов, в том числе и сравнительно дешевых, что позволяет получить значительный народохозяйственный эффект.

ХОЛОДИЛЬНИК, содержащий источник энергии, термоизолированную холодильную камеру, сосуд Дьюара с жидким азотом, помещенный в нее и снабженный крышкой с отверстием, в которое вставлена трубка, устройство визуализации с устройством измерения температуры внутри холодильной камеры, ключ для включения режима повышенной интенсивности расхода жидкого азота из сосуда Дьюара, отличающийся тем, что, с целью обеспечения автоматического режима работы холодильника и упрощения его конструкции, он снабжен автоматическим регулирующим устройством, состоящим из термопреобразователя и задатчика температуры, снабженного градуированной шкалой, выходы которых подключены к первому и второму входам устройства сравнения, выход которого подключен к усилителю, а выход последнего соединен с ключом и нагревательным элементом, расположенным в сосуде Дьюара, в крышке которого в отверстие вставлена газоотводная трубка, на которой укреплен испаритель.

Ссылка на основную публикацию
Фото с листком для вк
Сигна в ВК – это просто фотография человека с листком бумаги, на котором обычно написано чье-то имя. Часто надписи делают...
Установка виндовс зависла на начало установки
Если вы решили переустановить или установить операционную систему, но начало установки Windows 7 зависает, то в этой статье, думаю, вы...
Установка драйвера принтера отказ
Нередки ситуации, когда не устанавливается принтер, хотя система видит, что к компьютеру подсоединилось новое оборудование. Решение такой задачи требует серьезного...
Фото спортивных мужчин 40 лет
17. Джерард Батлер, 48 лет (kinopoisk) «Законопослушный гражданин» Джерард Батлер когда-то работал официантом, демонстратором игрушек и даже юристом. Он также...
Adblock detector