Автономная система азотного охлаждения для термостатирования специальных транспортных средств

 

Изобретение относится к криогенной технике и криогенным холодильным машинам, работающим по обратному циклу Стирлинга. Газообразный азот повышенного давления с криогенной температурой через газозаборное устройство поступает в воздухоохлаждающую панель, расположенную в теплоизолированном охлаждаемом объеме, и охлаждает внутреннюю среду объема до нужной температуры, при этом сам нагревается. С целью предварительного охлаждения и снижения давления азот из панели поступает через дроссельный вентиль в расширительную емкость, откуда засасывается в конденсатор криогенной холодильной машины Стирлинга, где конденсируется, переходя в жидкую фазу, и сливается самотеком в сосуд Дьюара. Из сосуда жидкий азот с помощью насоса высокого давления подается в емкость. Для привода криогенной машины Стирлинга используется двигатель транспортного средства. Нагретая от рабочего тела машины охлаждающая жидкость из холодильника подается для охлаждения в теплообменник, где происходит теплообмен с окружающей средой, и в змеевик, где она охлаждается до низкой температуры за счет теплообмена с жидким азотом. Использование изобретения позволит термостатировать обитаемые помещения без нарушения состава воздуха с высоким уровнем взрывопожаробезопасности. 1 ил.

Изобретение относится к криогенной технике и криогенным холодильным машинам, работающим по обратному циклу Стирлинга, может быть использовано для оснащения авторефрижераторов и других специальных транспортных средств.

Известны технические решения для газификации сжиженных газов перед их раздачей потребителям с применением насосов высокого давления (Вопросы глубокого охлаждения. /Сб. статей под ред. проф. М.П.Малкова/. Изд.:"Иностр. литература", М., 1961, стр. 287-288).

Известно устройство сосуда Дьюара для жидкого азота с вакуумно-порошковой изоляцией (Соколов Е. Я. , Бродянский В.М., Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения: Учеб. пособие для вузов. 2-е изд., -М.: Энергоиздат, 1981, стр. 202).

Известно, что в области криогенных температур (60 - 160 K) наиболее высокоэффективным циклом является обратный цикл Стирлинга. Эффективность криогенных машин Стирлинга практически в 2 раза выше по сравнению с другими установками, применяемыми для сжижения газов (Усюкин И.П. Установки, машины и аппараты криогенной техники. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982., стр. 185-186).

Известно устройство газовой холодильной машины "Филипса", работающей по обратному циклу Стирлинга, предназначенной для ожижения воздуха и включающей в себя блок теплообменников: конденсатор, регенератор и холодильник. В качестве рабочего тела в холодильной машине используется гелий (Вопросы глубокого охлаждения. /Сб. статей под ред. проф. М.П.Малкова/. Изд.: "Иностр. литература", М. , 1961, стр. 35). Однако, жидкий воздух обладает повышенной пожароопасностью.

Известно, что азот является химически малоактивным веществом, не ядовит и может применяться для создания инертной среды ввиду своей взрывопожаробезопасности (Глинка Н.Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов. 22-е изд., испр. Л.: "Химия", 1982, стр. 398-399). Однако, получение азота является дорогостоящим технологическим процессом.

Известна система азотного охлаждения теплоизоляционного кузова автомашины, предназначенной для перевозки продуктов, позволяющая быстро охлаждать внутренний объем кузова. Система включает в себя емкость жидкого азота с погружным насосом, сообщенную с охлаждаемым теплоизолированным объемом, контуром азота (Акулов Л.А., Борзенко Е.И., Соловьев В.А. Система азотного охлаждения в теплоизолированном кузове автомашины. //Тез. докладов международной научн-техн. конф. "Холодильная техника России. Состояние и перспективы накануне XXI века"//, СПб.. 1998. - стр. 32.). Однако, данная система предполагает разомкнутый контур азота, что не позволяет использовать ее для термостатирования обитаемых помещений и приводит к потери дорогостоящего азота.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в исключении безвозвратной потери азота и возможности использования системы для термостатирования обитаемых помещений без нарушения состава воздуха внутри этих помещений с высоким уровнем взрывопожаробезопасности.

Для достижения этого технического результата, автономная система азотного охлаждения для термостатирования специальных транспортных средств, содержащая емкость с жидким азотом, сообщенную с охлаждаемым теплоизолированным объемом контура азота, выполненного в виде замкнутого контура, снабжена в замкнутом контуре азота, последовательно установленными, газозаборным устройством, расположенным в газосодержащей части емкости с жидким азотом, регулирующим клапаном, воздухоохлаждающей панелью, размещенной в охлаждаемом теплоизолированном объеме, дроссельным вентилем, расширительной емкостью, криогенной машиной Стирлинга с контуром охлаждения, сосудом Дьюара, насосом высокого давления, подающим жидкий азот из сосуда Дьюара в емкость с жидким азотом через обратный клапан, при этом контуром охлаждения криогенной машины Стирлинга включает в себя насос, теплообменник, связанный с окружающей средой, и охлаждающий змеевик, размещенный в емкости с жидким азотом, а привод криогенной машины Стирлинга осуществлен от двигателя транспортного средства.

Введение в состав автономной системы азотного охлаждения для термостатирования специальных транспортных средств, замкнутого контура азота с криогенной машиной Стирлинга и ее контура охлаждения с охлаждающим змеевиком в емкости с жидким азотом, позволяет получить новое свойство, заключающееся в исключении выброса испарившегося азота в окружающую среду за счет его переконденсации в криогенной машине Стирлинга и в уменьшении потребляемой мощности на привод криогенной машины Стирлинга за счет снижения верхней температуры цикла машины.

На чертеже изображена автономная система азотного охлаждения для термостатирования специальных транспортных средств.

Автономная система состоит из замкнутого контура азота, в который входят емкость с жидким азотом 1, газозаборное устройство 2, регулирующий клапан 3, теплоизолированный охлаждаемый объем 4, воздухоохлаждаемая панель 5, дроссельный вентиль 6, расширительная емкость 7, криогенная холодильная машина Стирлинга 8, включающая в себя конденсатор 9 и холодильник 10, сосуд Дьюара 11, насос высокого давления 12, обратный клапан 13, и контура охлаждения криогенной машины 8, состоящего из насоса 14, теплообменника 15 и змеевика 16, расположенного в емкости 1. Теплообменник 15 связан с окружающей средой с помощью трубопроводов 17.

Автономная система азотного охлаждения для термостатирования специальных транспортных средств работает следующим образом.

За счет теплопритоков от контура охлаждения криогенной машины Стирлинга 8 в газосодержащей части емкости с жидким азотом 1 постоянно образуется газообразный азот повышенного давления, имеющего температуру около 80 K. Газообразный азот повышенного давления с криогенной температурой через газообразное устройство 2 поступает в воздухоохладительную панель 5, расположенную в теплоизолированном охлаждаемом объеме 4, охлаждает внутреннюю среду объема 4 до нужной температуры, при этом сам нагревается. С целью предварительного охлаждения и снижения давления, азот из панели 5 поступает через дроссельный вентиль 6 в расширительную емкость 7. Из расширительной емкости 7 газообразный азот засасывается в конденсатор 9 криогенной холодильной машины Стирлинга 8, где конденсируется, переходя в жидкую фазу, и сливается самотеком в сосуд Дьюара 11, откуда с помощью насоса высокого давления 12 через обратный клапан 13 подается вновь в емкость с жидким азотом 1. Регулирование подачи азота в панель 5 осуществляется с помощью регулировочного клапана 3.

Для привода криогенной машины Стирлинга 8 используется двигатель транспортного средства (не показаны). С целью охлаждения криогенной машины 8 предусмотрен контур системы охлаждения. По этому контуру нагретая от рабочего тела машины 8 охлаждающая жидкость из холодильника 10 машины 8 с помощью насоса 14 подается в теплообменник 15, где происходит теплообмен с окружающей средой (например, атмосферный воздух), подаваемый по трубопроводам 17, при этом охлаждающая жидкость охлаждается до температуры окружающей среды. Затем жидкость подается в змеевик 16, расположенный в емкости с жидким азотом 1, где она охлаждается до низкой температуры, за счет теплообмена с жидким азотом, и поступает вновь в холодильник 10. За счет теплообмена охлаждающей жидкости с низкой температурой и рабочим телом машины 8 происходит снижение верхней температуры цикла машины 8, что приводит к увеличению холодильного коэффициента машины 8 и снижению потребляемой мощности на ее привод.

Источники информации 1. Вопросы глубокого охлаждения./Сб. статей под ред. проф.М.П.Малкова/. Изд.: "Иностр.литература", М., 1961, стр. 287-288.

2. Соколов Е.Я., Бродянский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения: Учеб.пособие для вузов. 2-е изд., -М.: Энергоиздат, 1981, стр. 202.

3. Усюкин И. П. Установки, машины и аппараты криогенной техники. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982, стр. 185-186.

4. Вопросы глубокого охлаждения. /Сб. статей под ред. проф. М.П.Малкова/. Изд.: "Иностр. литература", М., 1961, стр. 35.

5. Глинка Н.Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов. - 22-е изд. испр. Л.: "Химия", 1982. - стр. 398-399.

6. Акулов Л.А., Борзенко Е.И., Соловьев В.А. система азотного охлаждения в теплоизолированном кузове автомашины. //Тез. докладов международной научн. - техн. конф. "Холодильная техника России. Состояние и перспективы накануне XXI века"//, СПб., 1998, стр.32. - прототип.

Формула изобретения

Автономная система азотного охлаждения для термостатирования специальных транспортных средств, содержащая емкость с жидким азотом, сообщенную с охлаждаемым теплоизолированным объемом контуром азота, отличающаяся тем, что контур азота выполнен замкнутым и снабжен последовательно установленными: газообразным устройством, расположенным в газосодержащей части емкости с жидким азотом, регулирующим клапаном, воздухоохлаждающей панелью, размещенной в охлаждаемом теплоизолированном объеме, дроссельным вентилем, расширительной емкостью, криогенной машиной Стирлинга с контуром охлаждения, сосудом Дьюара, насосом высокого давления, подающим жидкий азот из сосуда Дьюара в емкость с жидким азотом через обратный клапан, при этом контур охлаждения криогенной машины Стирлинга включает в себя насос, теплообменник, связанный с окружающей средой, и охлаждающий змеевик, размещенный в емкости с жидким азотом, а привод криогенной машины Стирлинга осуществлен от двигателя транспортного средства.

РИСУНКИ

Рисунок 1