PL172060B1 - Sposób i urzadzenie dc chlodzenia PL PL PL PL PL PL - Google Patents

Abstract

1. Sposób chlodzenia, w którym plyn wymie- niajacy cieplo krazy wzdluz okreslonego obiegu, zna- mienny tym, ze mieszanine zamrazajaca przechowuje sie w naczyniu cisnieniowym (16) w postaci cieczy nasyconej (18) i pary nasyconej (20) oddzielonych od siebie powierzchnia ciecz - para (22), przy czym po- wierzchnie te utrzymuje sie na okreslonym poziomie, poprzez to, ze odbiera sie nadmiar cieczy nasyconej z naczynia cisnieniowego (16), i odparowywuje nad- miar cieczy, a nastepnie przesyla sie odparowana ciecz nasycona z powrotem do naczynia cisnieniowego (16), w temperaturze nie wyzszej od temperatury nasycenia, i wyprowadza sie mieszanine zamrazajaca z naczynia cisnieniowego (16), w postaci cieczy nasyconej (18) albo pary nasyconej (20), kierujac ja do pomieszczenia chlodzonego (14), a ogrzana, chlodzi sie mieszanina zamrazajaca z naczynia cisnieniowego (16). F I G . 1 PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do chłodzenia. Rozwiązanie według wynalazku dotyczy sposobu i urządzenia, stosowanego szczególnie do chłodzenia łatwo psujących się produktów, w którym zastosowano mieszaniny zamrażające.

W publikacjach opisane są różne znane sposoby i urządzenia, w których używa się mieszaninę zamrażającą, taką jak stały albo ciekły dwutlenek węgla, płynny azot, i tak dalej, do chłodzenia różnych produktów i wymuszenia cyrkulacji płynu wymieniającego ciepło, który może zawierać parę mieszaniny zamrażającej, albo połączenie pary mieszaniny zamrażającej i powietrza. Przykład takiego urządzenia przedstawiono w opisie patentowym USA nr 3 163 022, w którym towary łatwo psujące się umieszczone są w odizolowanym chłodzonym pomieszczeniu. Odizolowane pomieszczenie chłodzące ma wymiennik ciepła zawierający suchy lód i dyszę wychodzącą z wymiennika ciepła, do strumienicy znajdującej się w przewodzie doprowadzającym. Suchy lód sublimuje w gaz, a gaz jest wysyłany do strumienicy w przewodzie doprowadzającym, a następnie do chłodzonego pomieszczenia i chłodzi łatwo psujące się towary. Po podgrzaniu, w procesie chłodzenia łatwo psujących się towarów, gaz wraca do pomieszczenia chłodzonego przez przewód odprowadzający. Wracający gaz wymienia ciepło z suchym lodem w wymienniku ciepła, a następnie miesza się z sublimowanym gazem w strumienicy. Strumienica wytwarza obszar niskiego ciśnienia, by odebrać gaz wracający z pomieszczenia chłodzonego, i przesłać do wymiennika ciepła do pomieszczenia chłodzącego. Zatem, część całkowitej osiągalnej energii termodynamicznej sublimowanego gazu, czyli suma jego entalpii i energii kinetycznej, jest użyta do wykonania pracy, służącej do wymuszenia obiegu sublimowanego gazu między komorami chłodzącą i chłodzoną. Jednocześnie, możliwości chłodzące sublimowanego gazu wykorzystane są do chłodzenia towarów łatwo psujących się. Zakres chłodzenia i obiegu zależą od wielkości sprężu uzyskiwanego w urządzeniu. Zatem, stopień chłodzenia i zakres cyrkulacji są ograniczone. Jak niżej zostanie wykazane, obecny wynalazek stosuje sposób i urządzenie chłodzące, w których zapewnienie chłodzenia i obieg czynnika chłodzącego mogą być sterowane niezależnie przy większym zakresie możliwości stanów działania, niż w dotychczas opisanych urządzeniach, takich jak przedstawiono w opisie patentowym USA nr 3 163 022.

Przedmiotem wynalazkujest sposób chłodzenia, w którym płyn wymieniający ciepło krąży wzdłuż określonego obiegu, przy czym mieszaninę zamrażającą przechowuje się w naczyniu ciśnieniowym w postaci cieczy i pary nasyconej oddzielonych od siebie powierzchnią ciecz-para. Powierzchnię tę utrzymuje się na odpowiednim -poziomie, odbierając nadmiar cieczy nasyconej z naczynia ciśnieniowego i powodując jego odparowanie. Następnie przesyła się odparowaną ciecz nasyconą z powrotem do naczynia ciśnieniowego w temperaturze nie wyższej od temperatury nasycenia. Mieszaninę zamrażającą wyprowadza się z naczynia ciśnieniowego w postaci cieczy nasyconej albo pary nasyconej kierując ją do pomieszczenia chłodzonego. Po ogrzaniu mieszaniny, chłodzi się ją mieszaniną zamrażającą z naczynia ciśnieniowego.

Korzystnie, nadmiar cieczy nasyconej odparowuje się poprzez odebranie ciepła od płynu wymieniającego ciepło, przed jego ochłodzeniem przez nasyconą mieszaninę zamrażającą i po podgrzaniu do postaci cieczy nasyconej w pomieszczeniu chłodzonym.

W rozwiązaniu według wynalazku, mieszaninę zamrażającą, przy jej wprowadzeniu do naczynia ciśnieniowego utrzymuje się w stanie dochłodzonym.

Po podgrzaniu płynu wymieniającego ciepło w pomieszczeniu chłodzonym, dalej odbiera się ciepło od płynu wymieniającego ciepło i przekazuje je do nadmiaru cieczy nasyconej, przy czym mieszaninę zamrażającą utrzymuje się w stanie dochłodzonym, podczas wprowadzania jej do naczynia ciśnieniowego.

Zarówno ciecz, jak i parę nasyconą, wyprowadza się z naczynia ciśnieniowego z określonymi prędkościami, umożliwiającymi sterowanie stopniem schłodzenia obiektu.

Przedmiotem wynalazku jest również urządzenie chłodzące, które zawiera naczynie ciśnieniowe dostosowane do przechowywania mieszaniny zamrażającej w postaci pary i cieczy nasyconej odseparowanych, od siebie warstwą ciecz-para. Naczynie ciśnieniowe posiada wlot mieszaniny zamrażającej i podgrzewaną rurę przelewową, wchodzącą do naczynia ciśnieniowego, oraz wylot pary i cieczy. Urządzenie zostało wyposażone również w dwie strumienice dostarczające mieszaninę zamrażającą do pomieszczenia chłodzonego.

Korzystnie strumienice wyposażone są w dysze napędowe i komory mieszające, połączone poprzez komorę główną dystrybutora z przestrzeniąpomieszczenia chłodzonego. Pomieszczenie to wyposażone jest w rozgałęziony kanał, usytuowany w jego górnej części, którego ramiona połączone są z komorami mieszającymi.

Poza tym rura podgrzewająca rurę przelewową umieszczona w rozgałęzionym kanale jest uszczelniona z obu stron i połączona z rurą przelewową.

Na przewodach pary i cieczy nasyconej przyłączonych do wylotów naczynia ciśnieniowego, przed dyszami napędowymi usytuowane są zawory regulujące.

Rura podgrzewająca rurę przelewową usytuowana jest w rozgałęzionym kanale, połączonym z dyfuzorami strumienie.

Przedmiotem wynalazku jest ponadto urządzenie chłodzące zawierające naczynie ciśnieniowe dostosowane do przechowywania mieszaniny zamrażającej w postaci cieczy i pary nasyconej odseparowanych od siebie powierzchnią ciecz-para. Naczynie ciśnieniowe posiada wlot mieszaniny zamrażającej oraz rurę przelewową i połączone jest przewodami prowadzącymi ciecz i parę nasyconą z przestrzenią chłodzoną. Rura przelewowa połączona jest poprzez kanał wyposażony w zawór, z wymiennikiem ciepła połączonym ze strumienicą, której wylot przyłączony jest do otworu wlotowego naczynia ciśnieniowego.

Korzystnie, urządzenie chłodzące wyposażone jest w strumienicę, która posiada wlot wysokiego i niskiego ciśnienia i wylot wysokiego ciśnienia. Urządzenie to połączone jest z naczyniem ciśnieniowym i z wymiennikiem ciepła poprzez wlot niskiego ciśnienia.

Poza tym urządzenie chłodzące zawiera również drugą strumienicę maj ącą wlot wysokiego i niskiego ciśnienia, oraz wylot wysokiego ciśnienia połączony z wlotem naczynia ciśnieniowego, przy czym do wlotu niskiego ciśnienia połączony jest odpowiedni kanał.

Naczynie ciśnieniowe posiada wyloty cieczy i pary nasyconej połączone przewodami z drugą strumienicą, na której zamontowane są zawory regulujące, które są zaworami proporcjonalnymi.

Mieszanina zamrażająca może być dowolną mieszaniną zamrażającą o temperaturze nie wyższej niż temperatura nasycenia i w rzeczywistości może być płynem dwufazowym. Zatem, napływająca mieszanina zamrażająca powinna zawierać dochłodzoną ciecz, która zamieniona zostałaby na ciecz nasyconą pod wpływem kontaktu z parą nasyconą. Energia na zamianę pochodzi od odpowiedniej części pary sprężonej do postaci cieczy nasyconej. Ta przemiana powoduje wzrost entalpii napływającej cieczy dochłodzonej, a następnie wzrost jej zdolności do wykonania pracy związanej z cyrkulacją płynu wymiany ciepła. W urządzeniu wykorzystującym podgrzewaną rurę przelewową, podgrzewana rura przelewowa może być podgrzana ciepłem odebranym od płynu wymiany ciepła i przekazanym do nadmiaru nasyconej cieczy przelewającej się do podgrzewanej rury przelewowej. Przy zastosowaniu tej mieszaniny zamrażającej dalsze przekazywanie ciepła przetwarza dochłodzoną ciecz na nasyconą mieszaninę zamrażającą, niezależnie od prędkości przepływu, i bez użycia jakiegokolwiek dodatkowego układu sterowania, albo innych technik kontroli, przy szerokim zakresie działania.

Przedstawione cechy wynalazku są istotne, ponieważ pozwalają na dostosowanie faktycznej zdolności chłodzenia jaką posiada urządzenie, do jego warunków pracy przez nastawienie prędkości przepływu dochłodzonej cieczy. Dodatkowo, względna ilość pracy, w stosunku do wymagań chłodzenia, która może być uzyskana z nasyconej mieszaniny zamrażającej, może być dobrana przez zmianę ciśnienia źródłowego mieszaniny zamrażającej, ponieważ entalpia nasyconej mieszaniny zamrażającej będzie funkcją takiego ciśnienia. Względna wartość pracy może być również kontrolowana przez ustawianie stosunku przemiany gaz/ciecz. Tak więc, dostarczony potencjał chłodzący i praca uzyskana od mieszaniny zamrażającej mogą być niezależnie określone w urządzeniu według obecnego wynalazku.

Należy zauważyć, że określenie dochłodzoną płynna mieszanina zamrażająca oznacza dowolną mieszaninę zamrażającą w postaci ciekłej o temperaturze poniżej temperatury nasycenia mieszaniny zamrażającej. Ponadto określenie, płyn wymiany ciepła w zastrzeżeniach oznacza samą mieszaninę zamrażającą. Na przykład, nasycona mieszanina zamrażająca, zarówno w postaci ciekłej jak gazowej, albo kombinacji obu, może cyrkulować do i od obiektu, chłodzonego, a następnie może być ponownie schłodzona przez zmieszanie z nasyconą mieszaniną zamrażającą wypływającą z naczynia ciśnieniowego. Ewentualnie, płyn wymiany ciepła może być mieszanką mieszaniny zamrażającej, początkowo wypływającej jako nasycona mieszanina zamrażająca z naczynia ciśnieniowego, i innej substancji takiej jak powietrze obecne wewnątrz zamrażanego pojemnika. Dodatkowo, płyn wymiany ciepła może być całkowicie oddzielony od mieszaniny zamrażającej, na przykład cyrkulujące wewnątrz zamrażanego pojemnika powietrze, które nigdy nie wchodzi w bezpośredni kontakt z mieszaniną zamrażającą. Jak zostanie wykazane, skład płynu obiegu ciepła zależy od określonego przykładu wykonania, w którym zastosowano obecny wynalazek. Ponadto, określenie całkowita energia termodynamiczna dla nasyconej mieszaniny zamrażającej, oznacza ilość entalpii i jej energii kinetycznej.

Rozwiązanie według wynalazku zostanie objaśnione w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie chłodzące o obiegu wymuszanym przez mieszaninę zamrażającą, połączone z naczyniem zasobnikowym przeznaczonym do przechowywania dochłodzonej ciekłej mieszaniny zamrażającej, w przekroju, a fig. 2 przedstawia schematycznie urządzenie chłodzące o cyrkulacji wymuszanej przez mieszaninę' zamrażającą, w przekroju częściowym.

Na figurze 1 przedstawiono urządzenie chłodzące 10, które połączone jest z naczyniem zasobnikowym 12, które przeznaczone jest do przechowywania płynnego azotu w stanie dochłodzonym. Naczynie 12 jest naczyniem ciśnieniowym i może być przeznaczone do przechowywania innych mieszanin zamrażających, takich jak płynny dwutlenek węgla, płynny argon, itp.

Jak wiadomo, naczynie zasobnikowe 12 jest typem naczynia, które posiada układ wytwarzający i regulujący ciśnienie. Zatem, ciśnienie płynnego azotu dostarczanego z naczynia zasobnikowego 12 może być określone na odpowiednim poziomie. Urządzenie chłodzące 10 jest także połączone z pomieszczeniem chłodzącym 14, które jest korzystnie wózkiem, albo innym izolowanym pojemnikiem służącym do przechowywania towarów łatwo psujących się. Tak więc, pomieszczenie chłodzone 14 stanowi obiekt ochładzany przez urządzenie chłodzące

172 060

10. Warto zauważyć jednak, że jest to jedynie przykład, i ic obecny wynalazek może być zastosowany w wielu instalacjach chłodniczych, na przykład w instalacjach służących do formowania wyrobów z tworzyw sztucznych.

Urz.ądzenie 10 zaopatrzone jest w naczynie ciśnieniowe 16, które dostosowane jest do przechowywania azotu w postaci nasyconej cieczy 18 i nasyconej pary 20, oddzielonych przez powierzchnię ciecz-para 22. Dochłodzony ciekły azot z naczynia zasobnikowego 12 dochodzi do naczynia ciśnieniowego 16 przez wlot 24. Po dojściu, dochłodzony ciekły azot przetwarzany jest w ciecz nasyconą 18. Szereg przegród 25 zastosowany w naczyniu 16 powoduje, że wchodzący dochłodzony ciekły azot ma zapewniony kontakt z parą nasyconą 20.

Należy zauważyć, że przykładowe użycie dochłodzonego ciekłego azotu nie jest jedyną możliwością rozwiązania według obecnego wynalazku. Nasycona płynna mieszanina zamrażająca, taka jak nasycony ciekły azot, również może być użyta w urządzeniu 10. Ponadto, mieszanina zamrażająca może wejść do naczynia ciśnieniowego 16 w warunkach przepływu dwufazowego.

Rura przelotowa 26 usytuowana w naczyniu ciśnieniowym 16 określa poziom powierzchni ciecz-para 22 albo innymi słowy, ilość nasyconej cieczy 18, albo nasyconej pary 20 w naczyniu ciśnieniowym 16. Nasycona ciecz 18 i/lub nasycona para 20 są usuwane z naczynia ciśnieniowego 16 podczas pracy urządzenia 10. Prędkość usuwania, powiązana z prędkością z jaką dochłodzony ciekły azot, albo inna możliwa mieszanina zamrażająca w innym stanie termodynamicznym, osiąga naczynie ciśnieniowe 16 powoduje powstanie nadmiaru nasyconej cieczy 18. Ten nadmiar nasyconego ciekłego azotu lub nasyconej cieczy 18, spowoduje przelew nasyconej cieczy 18 do rury przelewowej 26. Zatem poziom powierzchni ciecz-para 22 pozostanie stały. Należy wskazać, że jeśli płynny azot osiąga naczynie ciśnieniowe 16 w warunkach nasyconego przepływu dwufazowego, to para musi być usunięta z naczynia ciśnieniowego 16 z większą prędkością niż ta, z którą para wchodzi, tak, że nadmiar nasyconej cieczy musi przelać się do rury przelewowej 26.

Rura przelewowa 26 jest podgrzewana, aby nasycona ciecz 18 parowała w niej do stanu pary nasyconej 20. Gdy rura przelewowa 26 jest podgrzewana, całkowita wymiana ciepła z nasyconą cieczą 18 jest wystarczająca dla wytworzenia pary nasyconej 20, ponieważ pod wpływem parowania nasyconej cieczy 18, wewnątrz rury przelewowej 26, para nasycona dostaje się do rury przelewowej 26, a zatem w zasadzie nie ona weźmie udział w dalszej wymianie ciepła, a ciepło zostanie przekazane do rury przelewowej 26. Zakres przelewu będzie oczywiście sumą nasyconej cieczy 18, powstałej w wyniku kondensacji pary nasyconej 20, niezbędnej dla przetworzenia napływającej do chłodzonej cieczy, i dowolnej cieczy nasyconej 18, która przelewa się pod wpływem ruchu gazu. Oczywistejest, że tylko ciecz nasycona 18 jest wysyłana, a ciepło dostarczane do rury przelewowej 26 jest efektywnie przetwarzane w ilości wystarczającej do zmiany dochłodzonej cieczy na ciecz nasyconą.

Jak pokazano, rura przelewowa 26, naczynie ciśnieniowe 16, oraz pomieszczenie chłodzone 14, są pokryte w powszechnie znany sposób warstwą izolacji 27.

Naczynie ciśnieniowe 16 posiada również wylot 28, cieczy nasyconej 18 i wylot 30 dla pary nasyconej 20. Ciecz nasycona 18 jest przesyłana do strumienicy 32, a para nasycona 20 jest przesyłana do strumienicy 34. Azot usuwany z naczynia ciśnieniowego 16, albo inna mieszanina zamrażająca używana do tego celu, służy jako płyn wymiany ciepła. Płyn wymiany ciepła może być całkowicie wydzielony z wykorzystywanej mieszaniny zamrażającej. W opisanym przykładzie wykonania, azot ze strumienia 32 i 34 jest wprowadzany do komory głównej dystrybutora 36 posiadającej dysze 38. Azot jest następnie rozpylany z dysz dystrybutora 38 na chłodzone produkty. To powoduje, że następuje wymiana ciepła między chłodzonymi produktami i azotem. Podgrzany w ten sposób azot jest następnie kierowany do strumienia 32 i 34 przez rozgałęziony kanał 40 posiadający dwa ramiona 40a i 40b, które umożliwiają zmieszanie azotu z nasyconą cieczą 18 i nasyconą parą 20 pochodzącą z naczynia ciśnieniowego 16. Kierunek cyrkulacji wskazuje strzałka 41. Zrozumiałe jest, że strumienice 32 i 34 mogą być połączone z pomieszczeniem chłodzonym 14, albo innym obiektem chłodzonym, przez kanały: doprowadzający i odprowadzający.

172 060

Dokładniej, strumienica 32 zaopatrzona jest w dyszę napędową cieczy 42 połączoną z wylotem 28 przez zawór regulujący 44. Dysza napędowa gazu 46 strumienicy 34 połączonajest z wylotem 30 za pomocą zaworu regulującego 48. Zawory regulujące 44 i 48 są zaworami proporcjonalnymi i dostosowują prędkość przepływu cieczy nasyconej 18 i pary nasyconej 20 do strumienie 32 i 34. Dysza napędowa 42 i dysza napędowa 46 przeznaczone są do zwiększania prędkości cieczy nasyconej 18, albo pary nasyconej 20, tworząc przy tym obszary niskiego ciśnienia w komorach mieszających 50 i 52 strumienie 32 i 34. Te obszary niskiego ciśnienia wciągają podgrzany azot, który w opisanym przykładzie wykonania jest podgrzaną parą azotu, do wlotów niskiego ciśnienia 54 i 56 połączonych z ramionami 40a i 40b rozgałęzionego kanału 40. Ciśnienie jest podtrzymywane przez dyfuzory 58 i 60 strumienie 32 i 34. Mieszanki podgrzanej pary azotu i nasyconej cieczy oraz pary otrzymane w strumienicach 32 i 34 są następnie przekazywane do komory chłodzonej przez komorę główną dystrybutora 36, połączoną dyfuzorami 58 i 60, które służą jako wyloty wysokiego ciśnienia strumienie 32 i 34. Na uwagę zasługuje to, że w niektórych zastosowaniach komora główna dystrybutora 36 może być podzielona na kilka mniejszych komór.

Rura 62, uszczelniona na obu końcach, połączona jest z rurą przelewową 26, tworząc kształt litery T, umożliwiając w dalszym ciągu wymiennikowi ciepła odbieranie ciepła od azotu, po podgrzaniu go przez obiekt chłodzony, i dodawanie ciepła do nasyconej cieczy znajdującej się wewnątrz rury przelewowej 26. Rura 62 umieszczona jest wewnątrz rozgałęzionego kanału 40. Alternatywnie, obecny wynalazek pozwala na podgrzanie rury przelewowej 26 poprzez zastosowanie oddzielnej wężownicy grzejnej, albo innych środków, bez użycia mieszaniny zamrażającej, albo innego możliwego oddzielnego płynu wymiany ciepła. Nie jest to jednak pożądane, ponieważ spowoduje to większą złożoność instalacji, której uniknięto w przedstawionym rozwiązaniu. A co ważniejsze, ogrzewanie rury przelewowej 26, jak pokazano w przykładzie wykonania, zwiększa efekt chłodzenia. Odbieranie ciepła od płynu wymieniającego ciepła, a w przedstawionym przykładzie azotu, ochładza azot, który następnie jest odzyskiwany jako azot nasycony i usuwany pod ciśnieniem z naczynia ciśnieniowego 16.

Należy zauważyć, że chłodzenie zapewnione przez ciecz nasyconą 18, albo parę nasyconą 20, albo mieszaninę obydwu tych czynników może być określone niezależnie od ich prędkości przepływu i bez użycia dodatkowych układów sterowania, albo innych technik regulacji. Dodatkowo, możliwości pracy nasyconej mieszaniny zamrażającej, nasyconej cieczy 18, nasyconej pary 20, albo ich mieszaniny, mogą być zrównoważone z jej zdolnościami chłodzącymi, przez odpowiednie ustawienie zaworów regulujących 44 i 48. Jak wiadomo, para nasycona 18° i para nasycona 20 powinny być zmieszane przed, albo wewnątrz pojedynczej strumienicy. Na przykład, można zbudować pojedynczą strumienicę posiadającą dysze napędowe 42 i 46. Ponadto, połączenie króćca wylotowego z powierzchnią ciecz-para 22 może być wykorzystane przy odpowiednim usytuowaniu rury dochodzącej do naczynia ciśnieniowego 16 i maj ącej giętki odcinek tak, że rura może być podniesiona do poziomu pary nasyconej 18 albo opuszczona do poziomu cieczy nasyconej 20, co osiąga się dzięki zastosowaniu sterowanego elektrycznie elektrozaworu. Dodatkowo, strumienice 32 i 34 mogą zastąpić inne urządzenia typu zwężkowego, co jest dobrze znane ze stanu techniki. Na przykład, inny typ urządzenia zwężkowego, tu nie opisany ale znany ze stanu techniki, składa się z urządzenia, w którym dysza pierścieniowa jest użyta dla wytworzenia przepływu o dużej prędkości, i obszaru o niskim ciśnieniu.

Należy zauważyć, że określenie urządzenie typu zwężkowego w opisie i w zastrzeżeniach oznacza dowolne urządzenie, w którym przepływ o wyższym ciśnieniu, na przykład nasyconego azotu usuwanego z naczynia ciśnieniowego 16 porywa i zwiększa ciśnienie porwanego płynu, na przykład, azotu, podgrzanego, w wyniku kontaktu z obiektem chłodzonym.

W opisanym przykładzie wykonania, obieg jest powodowany przez strumienice 32 i 34 podające azot, zawierający mieszaninę nasyconej pary i cieczy 18 i 20, i powracającą podgrzaną przez obiekt chłodzony parę azotu, a następnie odbierające z powrotem podgrzany azot, po chłodzeniu obiektu chłodzenia. Tak więc uzyskuje się wymuszony obieg wewnątrz pomieszczenia chłodzonego 14, za pomocą strumienie 32 i 34. Dodatkowo, podgrzany azot jest następnie ochładzany po podgrzaniu, przez wymieszanie z nasyconą parą, albo cieczą 18 i 20. Należy

172 060 wspomnieć, że zastosowanie obecnego wynalazku może pociągnąć za sobą dodanie pomocniczych wentylatorów dla wspomożenia cyrkulacji. W takim przypadku strumienice 32 i 34 pomagałyby tylko zapoczątkować obieg.

Strumienice 32 i 34, albo inne urządzenia ty pu zwężkowego, które mogą być użyte zamiast nich, zużywają część całkowitej dostępnej energii mieszaniny zamrażającej, nasyconej cieczy, nasyconej pary albo ich obu, dla wytworzenia albo przynajmniej rozpoczęcia obiegu. Zatem, silnik hydrauliczny połączony z wentylatorem może służyć do tego samego celu co strumienice 32 i 34, z oczywiście inną charakterystyką działania. W takim przypadku azot jest dostarczany przez silnik hydrauliczny, a wentylator spowoduje obieg azotu. Inny możliwy przykład wykonania zawiera wężownicę wymieniającą ciepło połączoną z wylotem silnika hydraulicznego i wychodzącą na zewnątrz. W takim przykładzie wykonania, wewnątrz ochładzanego pojemnika płyn wymieniający ciepło zawiera powietrze. Powietrze cyrkuluje i ochładza się w wężownicy wymiennika ciepła, podgrzanego przez obiekt chłodzony, na przykład łatwo psujące się artykuły, a następnie przechodzi do kanału otaczającego wymiennik ciepła, z rurą przelewową dla podgrzania zawartej w niej dochłodzonej cieczy. Należy zauważyć, że powietrze nigdy nie zmiesza się z mieszaniną zamrażającą, jak w opisanym przykładzie wykonania. Zatem, płyn wymieniający ciepło, w takim przykładzie wykonaniajest całkowicie oddzielony od mieszaniny zamrażającej użytej do ochłodzenia płynu wymieniającego ciepło i do wykonania pracy cyrkulacji powodującej obieg powietrza. Jednak w przedstawionym przykładzie wykonania, płyn wymieniający ciepło jest mieszaniną zamrażającą, dodaną do chłodzonego pojemnika 14 i dlatego odpowietrznik 60 ma odprowadzać nadmiar mieszaniny zamrażającej.

Na figurze 2 przedstawiono alternatywny przykład wykonania urządzenia chłodzącego 100 według wynalazku. Urządzenie chłodzące 100 połączone jest z zasobnikiem, takim jak naczynie zasobnikowe 12. Ciekła mieszanina zamrażająca dociera do urządzenia H0)z naczynia zasobnikowego przez rurkę doprowadzającą 102. Urządzenie 100 jest korzystnie zastosowane wewnątrz pomieszczenia chłodzonego 14, a wówczas strzałki 104 i 106 przedstawiające pobór i oddawanie płynu wymieniającego ciepło, znajdują się na końcu i początku toru obiegu. Alternatywnie, urządzenie 100 może być użyte do dostarczania płynu zamrażającego, składającego się z przesyconej mieszaniny zamrażającej - do obiektu chłodzonego, znajdującego się na zewnątrz instalacji. Urządzenie 100, czego nie pokazano, podobnie jak urządzenie 10, może być izolowane, dla zminimalizowania upływu ciepła.

Urządzenie chłodzące 100 zaopatrzonejest w naczynie ciśnieniowe 108, które dostosowane jest do przechowywania mieszaniny zamrażającej takiej jak azot w postaci cieczy nasyconej 110 i pary nasyconej 112, odseparowanych przez powierzchnię ciecz-para 114. Korzystne jest, jeśli dochłodzony płynny azot dociera do naczynia ciśnieniowego 108 przez wlot 116. Po wejściu do niego, dochłodzony ciekły azot przechodzi w nasyconą ciecz 110. Płytka 118 zmusza nadchodzącą mieszaninę zamrażającą do poruszania się wąską warstwą wzdłuż jej powierzchni, a następnie do ścisłego kontaktu z parą nasyconą 112 dla ułatwienia kondensacji.

W urządzeniu chłodzącym 100, jak zostało wykazane dla urządzenia 10, przykładowo użycie dochłodzonego ciekłego azotu nie stanowi jedynej możliwości rozwiązania według wynalazku. Ponadto, nasycona ciekła mieszanina zamrażająca może być użyta w urządzeniu 100 podobnie jak mieszanina zamrażająca dochodząca do naczynia ciśnieniowego 108 w warunkach przepływu dwufazowego. Rura przelewowa 120 dochodzi do naczynia ciśnieniowego 108 i określa poziom powierzchni ciecz-para 114. Nadmiar nasyconej cieczy 112 przeleje się do rury przelewowej 120. W urządzeniu 100 ciepło jest przesyłane od płynu do nasyconej cieczy za pomocą wymiennika ciepła, na ogół wymiennika ciepła 122.

Należy zauważyć, że główną zaletą urządzenia chłodzącego 10 jest jego możliwość samoregulacji. To znaczy dostateczna ilość ciepła jest doprowadzona do urządzenia 10 aby przetworzyć nadpływającą dochłodzoną ciecz na ciecz nasyconą przez odparowanie nadmiaru cieczy nasyconej, która przelała się do rury przelewowej razem z płynem obiegu ciepła. Ta samoregulacjamoże także być wadą, ponieważ może ograniczać zakres działania urządzenia 10. Na przykład, jeśli ciekła mieszanina zamrażająca dostarczana jest ze zbyt dużą szybkością, albo gazowa mieszanina zamrażaj ącajest usuwana z naczynia ciśnieniowego ze zbyt dużą szybkością,

172 060 warunki dwukierunkowego przepływu pojawią się wewnątrz rury przelotowej 26, co może spowodować jego tłumienie. Ponadto, trudno jest zoptymalizować wymiary rury 62 tak, by zajmowała małą przestrzeń. Te problemy zostały w większości rozwiązane w drugim urządzeniu chłodzącym 100, w którym przepływ cieczy nasyconej jest wymuszony w rurze przelewowej 120 i wymienniku ciepła 122.

Warunki wymuszonego przepływu uzyskuje się za pomocą pierwszej strumienicy 124 o tej samej budowie co strumienica 32. Strumienica 124 zaopatrzona jest we wlot niskiego ciśnienia 126 i wlot wysokiego ciśnienia 128. Dzięki efektowi zwężkowemu, ciecz nasycona a czasem pewna ilość porwanego gazu zostaje przepuszczona przez wymiennik ciepła 122, a następnie zmieszana z dopływającą ciekłą mieszaniną zamrażającą i usunięta na zewnątrz przez wylot wysokiego ciśnienia 130 pierwszej strumienicy 124 i skierowana do wlotu 116 naczynia ciśnieniowego 108.

Należy zwrócić uwagę na to, że w przypadku drugiego urządzenia 100 chłodzącego, przelewająca się ciecz zostanie całkowicie odparowana i ponadto zostanie przegrzana wewnątrz wymiennika ciepła 122. W przypadku gazu nienasyconego odebranego z naczynia ciśnieniowego 108, wymiennik ciepła 122 wymieni pewną ilość energii termicznej dla uzyskania dokładnej przemiany cieczy dochłodzonej w ciecz nasyconą bez czynnego sterowania. To działanie jest podobne do pierwszego urządzenia chłodzącego 10. Oczywiście, w czasie odbierania gazu, wymiennik ciepła 122 musi również wymienić pewną ilość energii termicznej niezbędnej do zapewnienia odebrania gazu w ilości większej, niż ilość gazu dostarczanego przez wlot 102. Zatem, energia z wymiennika ciepła automatycznie utrzyma równowagę między wchodzącym i wychodzącym płynnymi strumieniami mieszaniny zamrażającej.

Nasycona ciecz i/albo gaz są odbierane z naczynia ciśnieniowego 108, a następnie wprowadzane do drugiej strumienicy 142 mającej drugi zespół wlotów niskiego i wysokiego ciśnienia 144 i 146 oraz drugi wylot wysokiego ciśnienia 148. Zawory regulacyjne 150 i 152 regulują działanie urządzenia w ten sam sposób, jak zawory regulacyjne 44 i 48 w pierwszym urządzeniu chłodzącym 10. Nasycona mieszanina zamrażająca dociera do wlotu wysokiego ciśnienia 146 drugiej strumienicy 142, aby odebrać płyn wymieniający ciepło. Naprzykład, azot z wylotu wysokiego ciśnienia 148 strumienicy 142, który właśnie cyrkulował po torze obiegu ciepła dla chłodzenia obiektu chłodzonego. Kanał 159 może zawierać wymiennik ciepła 122 i przewodzić płyn przed jego dotarciem do wlotu niskiego ciśnienia 144 strumienicy 142.

Korzystnejest zastosowanie detektora poziomu 160 w połączeniu z obecnym wynalazkiem jak również zaworów 162 i 164. Detektor poziomu 160, dokładnie przedstawiony w opisie patentowym USA nr 5 157 154, jest zastosowany do wykrywania niskiego poziomu cieczy nasyconej 110 znajdującej się pod rurą przelewową. Jeśli ciecz nasycona osiąga niski poziom, a zawory 150 i 152 są zamknięte, zawór 162 zostanie otwarty powodując wypełnienie naczynia ciśnieniowego 108 cieczą nasyconą. Zawór 164 zostanie zamknięty, jak w przypadku niewykrycia niskiego poziomu cieczy nasyconej przez detektor poziomu 160 dla powstrzymania dalszego powstawania gazu. Chociaż tego nie pokazano, oczywistymjest dla specjalistów z tej dziedziny, że uruchamianie zaworów 160 i 162 w odpowiedzi na poziom wykryty przez detektor poziomu 160 i wykrywanie położenia oraz możliwość sterowania zaworami 150 i 152 mogą być realizowane przez konwencjonalny sterownik. Sterownikiem, nie pokazanymjest korzystnie albo sterownik analogowy, albo komputer zaprogramowany dla działania w wyżej opisany sposób.

Jak w przypadku pierwszego urządzenia chłodzącego 10, można dokonać wielu modyfikacji w drugim urządzeniu chłodzącym 100. Na przykład, naczynie ciśnieniowe 108 może posiadać pojedynczy wylot, albo wylot 132 albo wylot 140. Ponadto, inne urządzenie typu zwężkowego mogą zastąpić strumienice 124 i 142. Podobnie jak w urządzeniu 10, pomocnicze wentylatory mogą być użyte dla wspomożenia cyrkulacji i/albo strumienicę 142 może zastąpić silnik hydrauliczny. Jak wykazano wcześniej, urządzenie 100 może być użyte wewnątrz pomieszczenia chłodniczego i w takim przypadku, wężownicą wymiennika ciepła jest połączona z wylotem silnika hydraulicznego otwierając wymiennik ciepła na zewnątrz pomieszczenia. W takim przypadku, płyn wymieniający ciepło zawiera pewną ilość powietrza wewnątrz chłodzonego pojemnika.

172 060

20 25. f

FIG. i

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 4,00 zł

Claims (17)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób chłodzenia, w którym płyn wymieniający ciepło krąży wzdłuż określonego obiegu, znamienny tym, że mieszaninę zamrażającą przechowuje się w naczyniu ciśnieniowym (16) w postaci cieczy nasyconej (18) i pary nasyconej (20) oddzielonych od siebie powierzchnią ciecz - para (22), przy czym powierzchnię tę utrzymuje się na określonym poziomie, poprzez to, że odbiera się nadmiar cieczy nasyconej z naczynia ciśnieniowego (16), i odparowywuje nadmiar cieczy, a następnie przesyła się odparowaną ciecz nasyconą z powrotem do naczynia ciśnieniowego (16), w temperaturze nie wyższej od temperatury nasycenia, i wyprowadza się mieszaninę zamrażającą z naczynia ciśnieniowego (16), w postaci cieczy nasyconej (18) albo pary nasyconej (20), kierując ją do pomieszczenia chłodzonego (14), a ogrzaną, chłodzi się mieszaniną zamrażającą z naczynia ciśnieniowego (16),
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że nadmiar cieczy nasyconej odparowuje się poprzez odebranie ciepła od płynu wymieniającego ciepło, przed jego ochłodzeniem przez nasyconą mieszaninę zamrażającą i po podgrzaniu w pomieszczeniu chłodzonym (14) do postaci cieczy nasyconej.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że mieszaninę zamrażającą przy jej wprowadzeniu do naczynia ciśnieniowego (16) utrzymuje się w stanie dochłodzonym.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że po podgrzaniu płynu wymieniającego ciepło w pomieszczeniu chłodzonym (14), dalej ciepło odbiera się od płynu wymieniającego ciepło i przekazuje do nadmiaru cieczy nasyconej.
5. 5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że mieszaninę zamrażającą utrzymuje się w stanie dochłodzonym podczas wprowadzania jej do naczynia ciśnieniowego (16).
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zarówno ciecz nasyconą (18) jak i parę nasyconą (20) wyprowadza się z naczynia ciśnieniowego (16) z określonymi prędkościami, umożliwiającymi sterowanie stopniem schłodzenia obiektu.
7. 7. Urządzenie chłodzące, znamienne tym, że zawiera naczynie ciśnieniowe (16) dostosowane do przechowywania mieszaniny zamrażającej w postaci cieczy nasyconej (18) i w postaci pary nasyconej (20) odseparowanych od siebie powierzchnią ciecz-para (22), przy czym naczynie ciśnieniowe (16) ma wlot (24) mieszaniny zamrażającej i podgrzewaną rurę przelewową (26), wchodzącą do naczynia ciśnieniowego (16), oraz wylot (30) pary, wylot (28) cieczy i rurę (62) pełniącą rolę podgrzewacza rury przelewowej (26) i dwie strumienice (32, 34) dostarczające mieszaninę zamrażającą do pomieszczenia chłodzonego (14).
8. 8. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że strumienice (32, 34) wyposażone są w dysze napędowe (42, 46) i komory mieszające (50, 52), połączone poprzez komorę główną dystrybutora (36) z przestrzenią pomieszczenia chłodzonego (14), które to pomieszczenie wyposażone jest w rozgałęziony kanał (40) usytuowany w jego górnej części, którego ramiona (40a, 40b) połączone są z komorami mieszającymi (50,52).
9. 9. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że rura (62) podgrzewająca rurę przelewową (26) jest uszczelniona z obu stron i połączona z rurą przelewową (26), i umieszczona w rozgałęzionym kanale (40).
10. 10. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że na przewodzie pary nasyconej przyłączonym do wylotu pary nasyconej (30) naczynia ciśnieniowego (16), przed dyszą napędów ą (46) usytuowany jest zawór reguluj ący (48), a na przewodzie cieczy nasyconej, przed dyszą napędową (42) usytuowany jest zawór regulujący (44).
11. 11. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że rura (62) usytuowana jest w rozgałęzionym kanale (40) połączonym z dyfuzorami (58, 60) strumienie (32,34).
12. 12. Urządzenie chłodzące, znamienne tym, że zawiera naczynie ciśnieniowe (108) dostosowane do przechowywania mieszaniny zamrażającej w postaci cieczy nasyconej (110) i w postaci

    172 060 pary nasyconej (112) odseparowanych od siebie przez powierzchnię ciecz-para (114), przy czym naczynie ciśnieniowe (108) posiada wlot (116) mieszaniny zamrażającej, rurę przelewową (120) i połączone jest przewodami prowadzącymi ciecz i parę nasyconą z przestrzenią chłodzoną, a ponadto z rurą przelewową (120) połączony jest kanałem, wymiennik ciepła (122), przy czym w kanale łączącym zamontowany jest zawór (164), a poza tym wymiennik ciepła (122) połączony jest ze strumienicą (124), której wylot (130) przyłączony jest do wlotu (116) naczynia ciśnieniowego (108).
13. 13. Urządzenie według zastrz. 12, znamienne tym, że do naczynia ciśnieniowego (108) przyłączona jest strumienicą (142), która poprzez wlot niskiego ciśnienia (144) połączona jest również z wymiennikiem ciepła (122), przy czym strumienicą (142) ma wlot wysokiego ciśnienia (146) i niskiego ciśnienia (144) i wylot wysokiego ciśnienia (148).
14. 14. Urządzenie według zastrz. 13, znamienne tym, że z wlotem (116) urządzenia ciśnieniowego (108) połączony jest wylot wysokiego ciśnienia (130) strumienicy (124) mającej wlot wysokiego ciśnienia (128) i niskiego ciśnienia (126).
15. 15. Urządzenie według zastrz. 14, znamienne tym, że wyposażone jest w kanał połączony poprzez wlot (126) ze strumienicą (124).
16. 16. Urządzenie według zastrz. 12, znamienne tym, że naczynie ciśnieniowe (108) ma dwa wyloty; przy czym jeden z nich jest wylotem cieczy nasyconej (132), a drugi pary nasyconej (140), a w każdym z przewodów łączących te wyloty ze strumienicą (142) zamontowane są odpowiednio zawory regulujące (150,152).
17. 17. Urządzenie według zastrz. 16, znamienne tym, że zawory regulujące (1^^, 152) są zaworami proporcjonalnymi.