Комбинированная система азотного охлаждения для термостатирования и хранения продуктов

 

Изобретение относится к криогенной технике и криогенным холодильным машинам, работающим по обратному циклу Стирлинга, может быть использовано для термостатирования различных объектов и долговременного хранения продуктов питания и других материалов. Газообразный азот охлаждают до криогенной температуры в погруженном в жидкий азот змеевике и с помощью компрессора подают в систему раздачи и сбора азота, расположенную в теплоизолированном охлаждаемом объеме, где охлаждают внутреннюю среду объема до нужной низкой температуры. Образовавшиеся в газосодержащей части емкости с жидким азотом пары азота дросселируют через вентиль в расширительную емкость, откуда подают в конденсатор криогенной холодильной машины Стирлинга, где они конденсируются, переходя в жидкую фазу, затем их сливают самотеком в сосуд Дьюара. После этого насосом высокого давления подают в емкость. Для привода криогенной машины Стирлинга может использоваться двигатель транспортного средства, электродвигатель или отдельный тепловой двигатель. Использование изобретения позволит исключить потери азота, термостатировать системы с высоким уровнем взрывопожаробезопасности, а также производить быстрое замораживание и долговременное хранение продуктов питания в азотной среде. 1 ил.

Изобретение относится к области криогенной техники и криогенных холодильных машин, работающих по обратному циклу Стирлинга, может быть использовано для термостатирования различных объектов и долговременного хранения продуктов питания и других материалов.

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 взрыво- и пожаробезопасности (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 в теплоизолированном кузове автомашины, предназначенная для перевозки продуктов и позволяющая быстро охлаждать внутренний объем кузова. Система включает в себя емкость с жидким азотом, погружной центробежный насос для подачи жидкого азота, при этом азотная среда оказывает благоприятное воздействие на сохраняемые продукты (Акулов Л.А., Борзенко Е. И. , Соловьев В.А. Система азотного охлаждения в теплоизолированном кузове автомашины. //Тез. докладов международной науч.-техн. конф. "Холодильная техника России. Состояние и перспективы накануне XXI века"// СПб. , 1998, стр. 32). Однако данная система предполагает выброс использованного азота в атмосферу, что приводит к безвозвратной потере дорогостоящего газа - азота.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в исключении безвозвратной потери азота, возможности использования системы для термостатирования различных объектов с высоким уровнем взрыво- и пожаробезопасности, быстрого замораживания и долговременного хранения продуктов питания и других материалов в азотной среде.

Для достижения этого технического результата комбинированная система азотного охлаждения для термостатирования и хранения продуктов, включающая в себя емкость с жидким азотом, охлаждаемый теплоизолированный объем, снабжена замкнутым контуром переконденсации паров жидкого азота, содержащим заборное устройство в газосодержащей части емкости с жидким азотом, дроссельный вентиль, расширительную емкость, криогенную холодильную машину Стирлинга, сосуд Дьюара, насос высокого давления, подающий жидкий азот из сосуда Дьюара в емкость с жидким азотом, и обратный клапан, а также замкнутым рабочим контуром газообразного азота, включающим в себя змеевик, расположенный в емкости с жидким азотом, компрессор, и систему раздачи и сбора азота, расположенную в теплоизолированном объеме, при этом привод криогенной машины Стирлинга может осуществляться от электродвигателя, отдельного теплового двигателя или от двигателя транспортного средства.

Введение в состав комбинированной системы азотного охлаждения для термостатирования и хранения продуктов замкнутого контура переконденсации паров жидкого азота с криогенной машиной Стирлинга и замкнутого рабочего контура газообразного азота с системой раздачи и сброса азота позволяет получить новое свойство, заключающееся в исключении выброса азота в окружающую среду и компенсации теплопритоков от охлаждаемых продуктов за счет переконденсации паров жидкого азота в криогенной машине Стирлинга.

На чертеже изображена комбинированная системы азотного охлаждения для термостатирования и хранения продуктов.

Комбинированная система состоит из замкнутого контура переконденсации паров жидкого азота, в который входят емкость с жидким азотом 1, заборное устройство 2, расположенное в газообразной части 3 емкости 1, дроссельный вентиль 4, расширительная емкость 5, криогенная холодильная машина Стирлинга 6, включающая в себя конденсатор 7, сосуд Дьюара 8, насос высокого давления 9, обратный клапан 10, и замкнутого рабочего контура газообразного азота, состоящего из змеевика 11, расположенного в емкости с жидким азотом 1, компрессора 12, и системы раздачи и сбора азота 13, расположенной в теплоизолированном охлаждаемом объеме 14. Для привода криогенной машины Стирлинга 6 может использоваться двигатель транспортного средства, электродвигатель или отдельный тепловой двигатель (на чертеже не показаны).

Комбинированная система азотного охлаждения для термостатирования и хранения продуктов работает следующим образом.

За счет внешних теплопритоков и теплопритоков от охлаждаемых продуктов газообразный азот нагревается в охлаждаемом объеме 14, охлаждая его внутреннюю среду. Из объема 14 азот поступает в змеевик 11, где за счет теплообмена с жидким азотом охлаждается до низкой температуры, и компрессором 12 подается в систему раздачи и сбора азота 13, расположенную в объеме 14. Кроме быстрого замораживания продуктов и термостатирования объема 14, азотная среда оказывает благоприятное воздействие при долговременном хранении на продукты питания. За счет теплообмена с газообразным азотом из замкнутого рабочего контура в змеевике 11 жидкий азот в емкости 1 нагревается, что приводит к образованию паров с высоким давлением в газосодержащей части 3 емкости 1. С целью предварительного охлаждения и снижения давления азот из газосодержащей части 3 емкости 1 дросселируется через вентиль 4 в расширительную емкость 5, откуда газообразный азот засасывается в конденсатор 7 криогенной холодильной машины Стирлинга 6, где конденсируется, переходя в жидкую фазу, и сливается самотеком в сосуд Дьюара 8, откуда с помощью насоса высокого давления 9 через обратный клапан 10 подается вновь в емкость с жидким азотом 1.

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 науч.- техн. конф. "Холодильная техника России. Состояние и перспективы накануне XXI века"// СПб., 1998, стр. 32 - прототип.

Формула изобретения

Комбинированная система азотного охлаждения для термостатирования и хранения продуктов, включающая в себя емкость с жидким азотом, охлаждаемый теплоизолированный объем, отличающаяся тем, что снабжена замкнутым контуром переконденсации паров жидкого азота, содержащим заборное устройство в газосодержащей части емкости с жидким азотом, дроссельный вентиль, расширительную емкость, криогенную холодильную машину Стирлинга, сосуд Дьюара, насос высокого давления, подающий жидкий азот из сосуда Дьюара в емкость с жидким азотом, и обратный клапан, а также замкнутым рабочим контуром газообразного азота, включающим в себя змеевик, расположенный в емкости с жидким азотом, компрессор, и систему раздачи и сбора азота, расположенную в теплоизолированном объеме, при этом привод криогенной машины Стирлинга может осуществляться от электродвигателя, отдельного теплового двигателя или от двигателя транспортного средства.

РИСУНКИ

Рисунок 1