MX2010010008A - Congelador de tunel criogenico. - Google Patents

Abstract

Un congelador de túnel criogénico (10) que tiene diseño y construcción modular que incluye una sección inferior (16) que puede ser elevada y bajada con relación a una sección superior (14), las secciones superior e inferior (14, 16) que definen un túnel (12) cuando la sección inferior (16) está en una posición cerrada (elevada) . El producto se mueve a través del túnel (12) por la vía de una banda (22) formada de arreglos de módulos de plástico (76) que son reforzados por cadenas de metal (140) y varillas (150) . La corrida inferior (23) de la banda (22) viaja sobre el piso (48) de la sección inferior (16) y la corrida superior (21) viaja sobre la corrida inferior (23) cuando la banda (22) es operada. El flujo de fluido criogénico a través del túnel (12) es ayudado por la vaporización de un fluido criogénico y desviadores (98), pero no dispositivos que mueven aire localizados dentro del túnel (12).

Description

de la linea 3-3 de la Fig. 2, que muestra el congelador de la Fig. 10 con la sección inferior en una posición cerrada y el revestimiento en una posición elevada.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN En un aspecto, la invención comprende un congelador que comprende: una sección superior y una sección i inferior, cada una que comprende por lo menos un miembro aislado, la sección inferior que tiene una posición cerrada en la .cual la sección inferior está unida sección superior, las secciones superior e inferior que definen un túnel, que tiene una entrada y una salida cuando la sección inferioj estlá en la posición cerrada, la sección inferior que tiene una posición abierta en la cual la sección inferior es sjeparada I í de la sección superior, la dimensión de la entrada a la salida que define una longitud del túnel, un ancho 'del túnel que es transversal a la longitud; un sistema de suministro adaptado para introducir un fluido criogénico en e Ili túnel; una banda y un ensamble de impulsión, la banda que Itiene una corrida superior localizada en el túnel cuando l!a ¡sección inferior está en la ¦ posición cerrada, la banda jqué es permeable al liquido y vapor; y un ensamble descendente adaptado para bajar y elevar la sección inferior cor) | relación a la sección superior.

En otro aspecto, la invención compjr¡ende| un congelador que comprende: un alojamiento que comprende! una invención.' Más bien, la descripción detallada siguiente de las modalidades ejemplares preferidas, proporcionará a i aquellos expertos en la técnica una descripción habilitante para implementar las modalidades ejemplares preferidas ce la i invención. Siendo entendido que varios cambios se pueden hacer en la función y arreglo de los. elementos sin apartarse del espíritu y alcance de la invención, como se expo e en las reivindicaciones adjuntas. Los números de referenci'a que son introducidos en la especificación en asociación; con una figura de dibujo se pueden repetir en una o más ¡figuras subsecuentes sin descripción adicional en la especificación con el fin de proporcionar contexto para otras características .

Como se utiliza en la presente, el término '"f. uido i i criogénico" se propone para dar a entender un líquido gas o fluido de fase mezclada que tiene una temperatura menor que - 70 grados C. Ejemplos de fluidos criogénicos inc uyen nitrógeno líquido (LIN) , oxígeno líquido (LOX) , y, argón líquido (LAR) , dióxido de carbono y criógenos de fase mezclada presurizados (por ejemplo, una mezcla dje ' L N y nitrógeno gaseoso) . De manera similar como se utiliza en la presente, el término "temperatura criogénica" se propone para entender temperaturas en o abajo de -70 grados C Con referencia a las Figs . 1 y 2, el número referencia 10 se refiere generalmente a un congelador, que comprende una modalidad de la presente invención El congelador 10 incluye una banda 22, que lleva el producto para ser enfriado o congelado (después en la presente "producto") a través de un túnel 12. Como será descritio en mayor detalle en la presente, el túnel 12 es de preferencia enfriado utilizando un criógeno, tal como nitrógeno ilíquido I | , i (después en la presente "LIN") . La banda 22 es de preferencia permeable al líquido y al vapor, de modo que el criógeno puede pasar a través de la banda 22; i El túnel 12 comprende una sección superio 1¡4 v una sección inferior 16. En esta modalidad, la sección superior 14 está fijada y la sección inferior 16 puede serj bajada y elevada, para moverse entre una posición cerrada (ver !la Fig . 1) a una posición abierta (ver la Fig. 5) . Con referencia a la Fig. 3, las secciones superior e inferior 14, 16 cada una I forman una construcción en forma de U que, cuando e| en una posición cerrada, se unen y definen un volumen inferior que tiene una forma de sección transversal generalmente rectangular. i ! Con el fin de que el congelador Í0 opere eficientemente y prevenga el escape de fluido criogénico, es importante , que el túnel 12 sea aislado y herméticamente sellado cuando es cerrado. En esta modalidad, las secciones superior e inferior 14, 16 comprenden páneles pre-fábricados que tienen aislamiento rígido 46, tal como poliuretanc que tiene una densidad de por lo menos 30 kg/m , por ejempjloj que está unido a una coraza 44. La coraza 44 es de preferencia formada de un material que es fuerte, durable, uede ser limpiada, y puede resistir las temperaturas criogénicas. En esta modalidad, la coraza 44 se forma de acero inoxidable, pero podría ser formada de cualquier material adecuado. El I uso de péneles prefabricados también proporciona laj acción para incluir un recubrimiento sobre la coraza 44, tal cono un I i recubrimiento de plástico adecuado para el servicio de alimentos. El uso de tales recubrimientos no es! I práctico utilizando la construcción soldada, tradicional deJidó a que í el material del panel y el material de soldadura tendrán diferentes coeficientes de expansión térmica, dando por resultado la deslaminación de recubrimiento.

Alternativamente, el aislamiento 46 podría ser inyectado en la coraza 44 o el aislamiento rígido podría ser colocado en la coraza 44' después de que se fabrica l coraza i I 44. Aunque este método de construcción es más convencional en la industria de congeladores, es más probable que : de por resultado espacios y/o huecos en el aislamiento, 46, que reducirá la efectividad aislante del túnel 12.

Con referencia a la Fig. 3, con el fin de¡ f.aci itar transporte y ensamble, las secciones superior inferior 14, 16 cada una consiste de dos pares laterales 12Ó[ ¡121 que son abarcadas por un piso 48, que permite a las secciones es asegurado a segmentos adyacentes utilizando cerrojos (no mostrado) . Con el fin de proporcionar un sello hermético aire entre los segmentos, empaques (no mosteado) de preferencia se proporcionan en las juntas entre ca¡da uno de los segmentos.

Una estructura alternativa para las ¡secciones superior e inferior se muestra en las Figs. 7-8 En esta modalidad, cada una de las secciones superior e inferior de preferencia comprende múltiples péneles pre-aislados de interfij ación que se unen de manera conjunta solamente a lo largo de la longitud de la pared lateral o piso/t ¡jeIchio. Una pared lateral 220 de la sección inferior 216 se ¡ilustra y I i consiste de cuatro secciones de interfij ación 225-228. De preferencia, espacios pequeños 222 están a la izquierda entre cada una de las secciones 225-228 (los espacios 222 e;stán exagerados en la Fig. 7), que son llenados con uri adhesivo y/o sellante adecuado que puede resistir las temperaturas criogénicas. Esta construcción permite que la pare Íe, jlatIeral 220 se expanda y se contraiga bajo las condiciones de operación normal sin pandeamiento . j Una construcción similar también se utiliza de preferencia para unir las paredes laterales al pisjcj o techo en las secciones superior e inferior, respectivamente referencia a la Fig. 8, las paredes laterales 220, 221 el piso 223 de la sección inferior 216 se unen utilizando porciones escalonadas complementariamente conformadas Los espacios pequeños 230, que son llenados con un agente de unión, de preferencia se dejan entre las paredes laterales 220, 221 y el piso 223 para permitir la expansión y contracción .

Otra construcción alternativa se muestra en lalFig, La paredes laterales 320, 321 y el piso 323 de la sección inferior 316 se interfijan de la misma manera como las secciones 225-228 mostradas en las Figs. 7-8. Como, en la modalidad mostrada en las Figs. 7-8, espacios pequeños 330, que se llenan con un agente de unión, de preferencia sé dejan entre las paredes laterales 320, 321 y el piso ! 323 para permitir la expansión contracción. Esta técnica de construcción simple, de peso ligero permite costo de manufactura reducido y el tiempo de ensamble. Los beneficios de eficiencia también se pueden realizar con respecto a tiempos de enfriamiento y calentamiento que permiten los cambios del producto y la producción intermitente para t.ener efectos mínimos sobre los costos de operación de congelación I totales. Un beneficio adicional se puede realizar: en el i tiempo de instalación requerido para instalar y arrancar un nuevo proceso, ya que el concepto modular permite la ubicación rápida del ensamble y la instalación.

Con referencia nuevamente a las Figs. 1 y la sección superior 14 es soportada por una pluralidad de patas proporcionan la superficie portadora para el producto, una subestructura de metal que consiste de cadenas e'xtremos 140, 146 localizadas en los bordes laterales iziquierdo y derecho de la banda 22, cadenas interiores! | ;14 í—145 localizadas entre cada uno de los arreglos 13Ó-¡135, y varillas 150-155 que se extienden del borde a borde !|a¦, trIavés de cada arreglo 130-135 de los módulos de plástico j y cada cadena 140-146. En otras modalidades, se podrían proporcionar diferentes números de arreglos de módulos de plástico y cadenas inferiores. Las cadenas^ de metal y arillas proporcionan la resistencia a la tensión necesaria para soportar la banda 22 bajo las cargas de tensión que son anticipadas durante la operación del congelador lio . La porción de la banda 22 mostrada en la Fig. 4A se repite a lo largo de la longitud de la banda 22, que forma un | qireuito continuo. Los módulos de plástico se utilizan para reducir el costo, el peso y la absorción térmica, y se diseñan para el í servicio criogénico con permisión adecuada incluida para cambios de contracción que ocurre cuando se ¡operan a temperaturas reducidas. Los módulos de plástico s|e j pueden hacer de cualquier material polimérico adecuado para las condiciones de operación criogénicas. En esta modalidad, los módulos de plástico se forman de polietileno de altáj densidad (HDPE) .

Cada una de las cadenas 140-146 consiste de ! i ! i largo de un eje horizontal que es perpendicular al eje 112, que permite que la cantidad de tensión aplicada a la (banda 22 sea ajustada.

En esta modalidad, la banda 22 es suficientemente larga para permitir la contracción térmica de la \ Jbanda 22 sobre su longitud completa cuando el túnel 12 se enfría de una temperatura de por lo menos 10 grados C (por ejemplo, cuando no está en operación o se abre para la limpieza) a una temperatura de no mayor que -70 grados C, y de préferencia, no mayor que -100 grados C (por ejemplo, cuando el túnel 12 está cerrado y operado) sin reducir la distancia entré el eje 110 para el ensamble de impulsión 24 y el eje 112 para el ensamble de tensionamiento 31. Opcionalmente, la banda 22 podría ser bastante larga para incluir una porción floja (no mostrada) que colgaría hacia abajo desde el eje 110 ¡cuando la banda 22 está a temperatura ambiente (por ejemplój, ¡ po¡r lo menos 10 grados C) .

En esta modalidad, la construcción y ensamble de la banda 22 permite la contracción térmica de la banda 122 a través de su ancho cuando el túnel 12 se enfría desde las temperaturas ambientales (por ejemplo, por lo menos I10'' grados C) a las temperaturas de operación (por ejemplo, no | mayor que -70 grados C y, de preferencia no mayor que -100 grajdos C) . Más específicamente, los extremos de gancho de a†j var¿llas (por ejemplo, extremo de gancho 89 de la varilla! 150) se decir, con la corrida superior 21 localizada directamente i encima de la corrida inferior 23 que, a su vez, se encuentra sobre el piso 48) alivia un problema con los diseños de banda convencionales, en los cuales hay espacios entre las corridas superior e inferior y entre la corrida inferior y e pis©. En tales diseños convencionales, algo de LIN es rociadc Vi través y fluye debajo de la corrida superior,- que da por resu. tado transferencia de calor reducida al producto que es i transportado encima de la corrida superior y da por re'su! tado una pérdida de refrigeración. Además, las pérdida|s también pueden ser prevenidas con esta configuración ya que él gas de. calentamiento no puede pasar fácilmente a través de la corrida superior 21 y se desvia del producto que es congelado .

Como es convencional, una mesa de carga j 30 se proporciona en el extremo alimentador (entrada) 18 ciejl túnel 12. El extremo alimentador 18 y el extremo de d'escarga (salida) 20 del túnel 12 cada una de preferencia incluye una campana de escape de altura ajustable 32¿ 38, respectivamente, que es diseñada para reducir las pérdidas de enfriamiento a través de las aberturas entre la banda 22 y las campanas 32, 38. La distancia del extremo alimentador 18 al extremo de descarga 20 detiene la longitud del túnel 12 El ancho del túnel 12 es transversal y coplanar al ah'cljio.

Como es mencionado en lo anterior, el congelador 10 preferencia se extiende solo más allá de las boquillas1 El propósito de la charola 108 es capturar el criógeno 'en exceso que no es completamente vaporizado y ayudar al productó al desempeño de transferencia de calor al enfriar la banda Un número mayor o menor de barras 102, 104, 106 y/o !un;' número diferente configuración de boquillas podría ser proporcionado, dependiendo de la aplicación la configuración del túnel 12.

Con el fin de proporcionar la transferencia térmica eficiente del criógeno al producto, es deseable ! crear un flujo de contracorriente para el criógeno en el túnjelj 12 (es decir,, en la dirección opuesta del viaje A de la corrida superior 21) . Por consiguiente, cada una de las boquilla's de preferencia es orientada para dirigir su rocío contra la í dirección del viaj.e A de la corrida superior 21. Los ángulos de la boquilla en el intervalo de cero grados (vertical) a 90 grados (horizontal) son posibles y los ángulos en1 el intervalo de 5 grados a 45 grados son preferidos. |E1¡ diseño j í modular del congelador 10 también permite que el túnel1 12 sea ensamblado para el flujo de corriente paralela alíj revertir los segmentos 160, 162 (ver la Fig. 1) de la sección superior que da por resultado la reversión de la entrada 26, barras de boquilla 102, 104, 106, colector 100 y eljlconducto de escapa 28. Además, una pluralidad de desviadores 90-99 están espaciados a lo largo de la sección superior ¡l4j dentro 28 Opcionalmente, los desviadores 90-99 podqíán ser removiblemente unidos, lo cual permitiría que los desviadores sean reemplazados con desviadores que tienen geometría diferente. Los desviadores 90 y 99 reducen las. pérdidas de refrigeración a través del extremo alimentador i 18. el extremo de descarga 20 del túnel 12.

El calentamiento rápido y la expanslión del criógeno, así como la campana de escape 32 y un desviador de extremo 99, ayudan a dirigir el criógeno hacia atariba del conducto de escape 28. Con el fin de aumentar flujo a contracorriente, un ventilador de escape (no mostjradoi) de preferencia se proporciona en el extremo superior í de un apilamiénto de escape (no mostrado) , que está conectado al extremo superior del conducto de escape 28.

La configuración descrita en lo anterior del tiúnel 12 proporciona la transferencia térmica adecuada del | criógeno al producto en una amplia gama de aplicaciones comuriés| sin la necesidad por ventiladores de turbulencia localizadosj dentro del túnel 12. Los ventiladores de turbulencia yj otros dispositivos que mueven el aire se incluyen en los disjeños de congelador de la técnica previa para dirigir el ¡fjlujo del criógeno a través del túnel 12 y son típicamente impulsados por energía eléctrica, que introduce ineficiencia de calor en el congelador 10. La ausencia de tales ventiladores;, o cualquier otro tipo de dispositivo que mueve el aire, I dentro '

Claims (1)

REIVINDICACIONES

1. Un congelador, caracterizado porque comprende un alojamiento que incluye una pluralidad de miembros aislados ? que definen un túnel, el túnel que tiene un piso, ibriméra y segunda pared lateral opuestas que se extienden hacia¡ arriba desde el piso, y un techo localizado opuesto al piso el alojamiento que tiene una primera abertura en úh ¡ primer extremo del túnel que define una entrada y unal segunda abertura en un segundo extremo opuesto del túnel que define una salida, una longitud del túnel que se extiende| |desde la entrada a la salida; un sistema de suministro y escape que ti rie; por lo menos una boquilla adaptada para introducir un : fluido I ; criogénico en el túnel, el sistema de suministro y éscjap qué también tiene un orificio de escape para permitir ; que el fluido criogénico salga del túnel, el orificio de escape que está localizado en el techo y distal a por lo menos una boquilla; y un ensamble de impulsión que está adaptbdo para impulsar una banda, la banda que se extiende a lo largo de la longitud del túnel y que es continua; en donde la banda tiene una corrida superior y corrida inferior que se mueve en una dirección opu'e'sta la corrida superior, por lo menos una porción de la corrida superior que se encuentra encima de la corrida) inferior