PL184362B1

PL184362B1 - Sposób i urządzenie do regulacji temperatury w pomieszczeniu chłodniczym

Info

Publication number: PL184362B1
Application number: PL97318577A
Authority: PL
Inventors: Stephen N. Waldron
Original assignee: Boc Group Plc
Priority date: 1996-02-21
Filing date: 1997-02-20
Publication date: 2002-10-31
Also published as: NZ314164A; EP0791790A2; AU1476497A; EP0791790A3; CA2196954A1; AU719927B2; ZA97985B; EP0791790B1; ATE265029T1; DE69728706D1; ID16762A; US5775110A; GB9603669D0; PL318577A1

Abstract

1. Sposób regulacji temperatury w pomiesz- czeniu chlodniczym, znamienny tym, ze w izo- lowanym pomieszczeniu chlodniczym, stanowia- cym konstrukcje tymczasowa, pojemnik magazy- nujacy (20), wypelnia sie skroplonym gazem (18) umozliwiajacym oddychanie i podtrzymujacym funkcje zyciowe, i skroplony gaz (18) doprowa- dza sie do pomieszczenia chlodniczego za pomo- ca urzadzen dozujacych, i odparowuje sie skro- plony gaz (18) podczas dozowania i ochladzania atmosfery wewnatrz pomieszczenia chlodniczego. 8. Urzadzenie do regulacji temperatury w po- mieszczeniu chlodniczym, znamienne tym, ze za- wiera izolowane pomieszczenie chlodnicze stano- wiace konstrukcje tymczasowa posiadajaca izolo- wane sciany w postaci materialu otulinowego (36) z pecherzykami powietrza, posiadajacego szcze- line powietrzna o szerokosci 4-5 mm oraz i po- krytego warstwa materialu odbijajacego promie- niowanie cieplne. FIG. 2 PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do regulacji temperatury w pomieszczeniu chłodniczym.

Obecnie znane urządzenia chłodnicze generalnie zawierają sprężarkowe układy chłodnicze, które stosuje się do wychładzania atmosfery, w której przechowuje się na przykład łatwo psujące się artykuły żywnościowe. Ogólnie, artykuły żywnościowe przechowuje się w specjalnie przystosowanych do tego celu komorach lub chłodniach, które są odizolowane od otoczenia i bezpośrednio połączone do urządzenia chłodzącego. Samo urządzenie chłodzące musi być dostatecznych rozmiarów i o odpowiedniej pojemności chłodzącej aby zapewnić dostateczne warunki chłodzenia, nawet podczas występowania najwyższych temperatur zewnętrznych i/lub okresów szczytowego zapotrzebowania chłodniczego. Takie szczytowe zapotrzebowanie pojawia się na przykład w przypadku umieszczenia nowych produktów podlegających chłodzeniu w przestrzeni chłodniczej. Często istnieje potrzeba zwiększenia tymczasowej zdolności chłodzenia przestrzeni chłodniczej, co może być realizowane tylko w następstwie ogromnych kosztów

184 362 jakie musi ponieść użytkownik. Ponadto, zwraca się uwagę na to, że koszt sprężarkowego układu chłodniczego odpowiednio dużego aby sprostać sporadycznym ale znaczącym szczytom zapotrzebowania jest wyjątkowo duży. Dodatkowo, często istnieje potrzeba zapewnienia rezerwowego układu chłodniczego w przypadku awarii lub potrzeby konserwacji głównego układu.

Przedmiotem wynalazku jest sposób regulacji temperatury w pomieszczeniu chłodniczym, zgodnie z którym w izolowanym pomieszczeniu chłodniczym, stanowiącym konstrukcję tymczasową, pojemnik magazynujący, wypełnią się skroplonym gazem umożliwiającym oddychanie i podtrzymującym funkcje życiowe, i skroplony gaz doprowadza się do pomieszczenia chłodniczego za pomocą urządzeń dozujących, i odparowuje się skroplony gaz podczas dozowania i ochładzania atmosfery wewnątrz pomieszczenia chłodniczego.

Korzystnie, gaz po odparowaniu zawiera od 18% do 23% tlenu, przy czym pozostałą część gazu stanowi azot.

Według sposobu zgodnego z wynalazkiem, reguluje się przepływ dozowanego gazu kriogenicznego, utrzymując temperaturę w pomieszczeniu chłodniczym w żądanym zakresie.

Gaz kriogeniczny rozprowadza się podczas fazy rozruchu układu chłodniczego i gwałtownie ochładza się atmosferę wewnątrz pomieszczenia chłodniczego lub w sposób ciągły podczas pracy sprężarkowego układu chłodniczego a szczególnie w czasie zwiększonego zapotrzebowania na zimno i jednocześnie obniża się jego pojemność chłodniczą.

Przedmiotem wynalazku jest również urządzenie do regulacji temperatury w pomieszczeniu chłodniczym, zawierające izolowane pomieszczenie chłodnicze stanowiące konstrukcję tymczasową posiadającą izolowane ściany w postaci materiału otulinowego z pęcherzykami powietrza, posiadającego szczelinę powietrzną o szerokości 4-5mm oraz i pokrytego warstwą materiału odbijającego promieniowanie cieplne.

Korzystnie, w pomieszczeniu chłodniczym usytuowane są przewody rozpylające z ciekłym gazem, wyposażone w wiele dysz rozpylających, przy czym wewnątrz pomieszczenia chłodniczego rozmieszczone są czujniki pomiaru temperatury i połączone z nimi elementy regulacji i urządzenia dozujące.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig.l przedstawia pomieszczenie chłodnicze według wynalazku, fig. 2 - widok przekroju poprzecznego pomieszczenia chłodniczego odpowiedniego do stosowania sposobu według obecnego wynalazku, fig. 3 - schemat poglądowy alternatywnego układu dostarczającego gaz, a fig.4 widok przekroju poprzecznego materiału izolacyjnego występującego na fig. 2.

Jak to wynika z fig. 1, pomieszczenie chłodnicze na ogół obejmuje komorę 10 posiadającą wejście 12 i sprężarkowy układ chłodniczy 14 służący do chłodzenia pomieszczenia chłodniczego. Układ chłodniczy 14 musi mieć dostateczną zdolność chłodzenia umożliwiającą akomodację znacznych wahań w zapotrzebowaniu na zimno. Na przykład, stosunkowo proste jest utrzymywanie temperatury w stanie ustalonym, podczas gdy trudnym jest, lub wręcz czasami niemożliwym zapewnienie wymaganych zdolności chłodniczych w sytuacjach gdy znaczne partie produktów podlegających chłodzeniu dostarcza się do/lub umieszcza się wewnątrz pomieszczenia chłodniczego. Ma to miejsce szczególnie podczas występowania okresów charakteryzujących się wysoką temperaturą otoczenia kiedy ciepło przenikające do wnętrza pomieszczenia chłodniczego powoduje wiele problemów. Także świeży produkt dostarczany do wnętrza pomieszczenia chłodniczego posiada wyższą temperaturę i dlatego wymaga odpowiednio intensywniejszego chłodzenia podczas przebywania w tym pomieszczeniu. Niektóre układy sprężarkowe nawet gdy pracują z pełną wydajnością nie są w stanie sprostać szczytowym zapotrzebowaniom jakim podlegają. Wskutek tego, całość procesu produkcyjnego może ulec zachwianiu.

W pomieszczeniu przedstawionym na fig. 2 zastosowano dodatkowy układ przewodów 16 rozpylających ciekły czynnik kriogeniczny i skroplony gaz 18 nadający się do oddychania i podtrzymania funkcji życiowych znajdujący się w zbiorniku 20. Przewody rozpylające 16 przebiegają wewnątrz pomieszczenia chłodniczego i każdy z nich zawiera wiele dysz rozpylających 22 umieszczonych wzdłuż przewodów rozpylających, w których zachodzi odparowywanie skroplonego gazu i wdmuchiwanie par do pomieszczenia chłodniczego, jak ilustrują to strzałki A. Często produkty 24 zgromadzone wewnątrz pomieszczenia są układane na paletach 26 tak, że tworzy się

184 362 pewna ilość rzędów oddzielonych od siebie przestrzeniami wewnątrz których mogą się przemieszczać pojazdy dostawcze lub wózki widłowe. Dzięki odpowiedniemu rozmieszczeniu przewodów rozpylających 16 i dysz 22, można zapewnić, że para będzie opadać bezpośrednio z góry na dół w tych otwartych przestrzeniach i dochodzić do produktu nawet najniżej położonego na palecie. W najbardziej korzystnym wykonaniu, układ zawiera czujnik temperatury 28 umieszczony wewnątrz pomieszczenia w pobliżu jakiegoś produktu 24 przechowywanego wewnątrz, który dokonuje pomiaru temperatury wewnątrz pomieszczenia i dostarcza dane do układu regulacji 30, który jest połączony z zaworem sterującym 32 umożliwiającym lub blokującym przepływ czynnika kriogenicznego gdy zachodzi taka potrzeba, utrzymując w ten sposób temperaturę w środku pomieszczenia w przewidzianym zakresie. Zwraca się uwagę na fakt, że układ ten można stosować niezależnie od, lub dodatkowo razem ze sprężarkowym układem chłodniczym 14, który na fig. 2 zaznaczony jest linią przerywaną. Bardziej szczegółowy opis sposobu pracy opisano w dalszej części zgłoszenia.

Pomieszczenie chłodnicze może przyjmować dowolną istniejącą formę konstrukcyjną lub może przyjmować kształt odizolowanej lecz tymczasowej budowli tak jak to przedstawiono na fig. 2. Taka struktura konstrukcyjna wymaga jedynie ramy nośnej 34 oraz powłoki izolacyjnej wykonanej na przykład z warstw porowatego włóknistego materiału otulinowego 36 co widać najlepiej na fig. 4. Materiał taki zawiera dużą liczbę szczelin wypełnionych powietrzem 40 zamkniętych pomiędzy powierzchniami: wewnętrzną 42 i zewnętrzną 44. Najlepiej gdy każda z powierzchni wewnętrznych 42 oraz zewnętrznych 44 posiadała powierzchnię odbijającą 46 i 48 w celu zmniejszenia przepływu ciepła przez materiał izolacyjny. Powierzchnie takie 46 i 48 są powszechnie znane i dlatego zrezygnowano z ich dokładniejszego opisu. Jednakże, dowiedziono, że uzyskanie optymalnych zdolności izolacyjnych następuję przy szczelinie powietrznej rzędu 4-5 mm jaka oddziela powierzchnię wewnętrzną 42 od zewnętrznej 44.

Skroplony gaz 18 który nadaje się do oddychania może być mieszaniną ciekłego azotu i ciekłego tlenu wymieszanych na początku procesu produkcyjnego w ten sposób, że uzyskana mieszanina umożliwia dozowanie skroplonego gazu posiadającego stężenie tlenu w przedziale od 18% do 23% gdy jest on całkowicie odparowany. Dla wygody, pozostałą część ciekłego gazu tworzy azot. Oczywiste jest jednak, że można wykorzystać również inne gazy jeżeli wymagane jest ich użycie. Ponieważ całkowity stosunek mieszaniny jaki jest wymagany w jej ciekłej postaci silnie zależy od wielkości wzbogacenia podczas jego magazynowania i przesyłu, dowiedziono, że mieszaniny ciekłego azotu i ciekłego tlenu są zaskakująco stabilne i dlatego ma miejsce nieduże, jeśli w ogóle istnieje taka konieczność, wzbogacenie. Rzeczywiście, wzbogacenie zachodzi tylko wtedy, gdy ciekła mieszanina wrze i jest wtedy funkcją grzania zbiornika przechowującego. Każde podgrzanie zbiornika przechowującego prowadzi do większej ulotności azotu wrzącego i wyparowującego przez nieszczelności w górnej części zbiornika magazynującego. Skutkiem takiego procesu parowania pozostała ciecz staje się znikomo wzbogacona w mniej lotny tlen. Zakładając, że pojemnik nie znajduje się pod działaniem ciśnienia i odpowietrza się wolną przestrzeń, wzbogacenie można pominąć. Jednak, jeżeli w warunkach praktycznych ciecz w zbiorniku rzeczywiście staje się nadmiernie wzbogacona to wtedy pozostający gaz powinien zostać usunięty, ąpojemnik ponownie napełniony.

Zawartość procentowa tlenu w końcowej odparowanej postaci powinna być wystarczająca do stworzenia dogodnej atmosfery do oddychania, która nie stanowiłaby zagrożenia pożarowego. W praktyce, zawartość objętościowa tlenu pomiędzy 18% a 23% w stanie całkowicie odparowanym zapewnia wystarczające warunki do podtrzymania funkcji życiowych i nie stanowi zagrożenia pożarowego.

Fachowiec z tej branży świadomy jest faktu wystąpienia procesu mieszania, jaki potrzebny jest do uzyskania mieszaniny gazu, która w postaci pary zapewnia zawartość tlenu mieszczącego się we wspomnianym zakresie. Poniższe przykłady obliczeń niech posłużą za przykład.

DANE PODSTAWOWE

W punkcie wrzenia dla 273 K

Gęstość tlenu 1140 kg/m³ (w 90 K) 1.429 kg/m³

Gęstość azotu 808.) kg/m³ {w 77 K) 1.2505 kg/m³

184 362

Przykład I

Atmosfera wymagana = 18% crtjj<tbDŚci tlenu przy 275 K po opuszczeniu dysz (reszta =N2), zakładając 100 m³ objętości.

Wymagana masa O2 = 18x 1.429 = 25722 kg

Wymagana masa N2 = 82 x 1.2505 = 102.541 leg, a wagowa zawartość procentowa O2 = 19.96%, zatem ciecz będzie wymagała takiej proporcji masowej O2. Dlatego zakładając masę cieczy 100 kg, 25.722 kg O2 porównuje się z objętością cieczy równą 22.56 dcm3, a 102.541 kg N2 porównuję się z objętością cieczy równą 126.90 dcm3. Przykład II

Atmosfera wymagana =21% objętośc1 Henu prey 275 K.

Wymagana masa O2 przypadająca na 100 m³ = 30.009 kg

Wymagana masa N2, przypadająca na 110ιη³ = 98.789 kg, a wagowz aowarto ść procentowa O2 = 23.3%, zakładając masę cieczy 100 kg.

23.30 kg O2 76.70 kg N2 Przykład III Atmosfera wymagana

Wymagana masa O2 przypadająca na 100 m³Wymagana masa N2, przypadająca na 100 m³

120.439 dm? (w punkcie wrzenia’) 94.91 dm3 (w punkcie wrzenia) = 22% objętości tlenu przy 273 K.

= 31.438 kg = 97.539 kg, a wagowa zawartość pro21.38 dnr (w punkcie wrzenia) 93.59 dm³ (w punkcie wrzema) ^: 23% objętości tlenu przy 273 K.

= 32.867 kg = 96.288 kg, a wagowa zawartość pro= 29.013 dm³ (w punktie wrzema) centowa O2 = 24.37%, zakładając masę cieczy 100 kg.

24.37 kg O2

75.63 kg N₂

Przykład IV

Atmosfera wymagana

Wymagana masa O2 przypadająca na 100 m3

Wymagana masa N2 przypadająca na 100 m3 centowa O₂ = 25.45%, zakładając masę cieczy 100 kg.

25.45 kg O₂

74.55 kg N₂ = 60.244 dm⁷ (w punkrie wrzema)

Można również używać niezależne zbiorniki 60, 62 z ciekłym azotem oraz ciekłym tlenem, które dostarczają i kierują obie ciecze do mieszalnika 64, którego wyjście regulowane jest zaworem sterującym 32. Ciecz dostarczaną do mieszalnika 64 jest mieszana w odpowiednich proporcjach tak, aby uzyskać stężenie pary z obu substratów··, które umożliwia oddychanie i podtrzymanie funkcji życiowych.

Zasada działania powyższego układu jest całkiem prosta i sprowadza się do etapu monitorowania temperatury wewnątrz pomieszczenia chłodniczego i do regulacji zaworu 32 umożliwiającego lub powstrzymującego przepływ czynnika kriogenicznego ze zbiornika 20 lub 60, 62 tak, że jest on doprowadzany do przewodów rozpylających 16 i wnika do pomieszczenia chłodniczego za pośrednictwem dysz rozpylających 22 w sposób zapewniający parowanie cieczy. Układ regulacji 30 działa w takiej konfiguracji, która powoduje utrzymywanie temperatury w zakresie ustalonego przedziału temperatur które ustawiane są przez użytkownika układu. Za każdym razem gdy układ ten stosuje się w połączeniu ze sprężarkowym układem chłodniczym 14, możliwe są różne warianty pracy uwzględniające różne sytuacje. Na przykład, czynnik koiogenicrey może zostać rozpylony podczas rozruchu całego układu chłodniczego, powodując dzięki temu gwałtowne ochłodzenie atmosfery wewnątrz pomieszczenia chłodniczego. W praktyce dowiedziono, że zdolność chłodzenia takiego układu kriogenicznego jest taka, że umożliwia oziębienie wnętrza pomieszczenia chłodniczego od temperatury otoczenia do temperatury zapewniającej chłodzenie w przeciągu krótkiego okresu czasu wynoszącego około 8 minut. Rezultat ten jaskrawo kontrastuje z wynikami uzyskiwanymi w powszechnie znanych układach sprężarkowych, które potrzebują parę godzin na osiągnięcie tej samej temperatury. Gwałtowne obniżenie temperatury pozwala użytkownikowi na wyłączenie sprężarkowego układu chłodniczego podczas okresów, w których pomieszczenie chłodnicze nie jest wykorzystywane do chłodzenia umieszczonych w nim produktów, podczas gdy jest

184 362 ono zawsze zdolne do wychłodzenia atmosfery w krótkim okresie czasu. Układ kriogeniczny wykorzystuje się również razem ze zwykłym sprężarkowym układem chłodniczym wspomagając go w okresach, w których wymaga się zwiększonych efektów chłodniczych. Zwykle takie okresy występują podczas dni o wysokiej temperaturze otoczenia i gdy dostarcza się duże ilości świeżych produktów do pomieszczenia chłodniczego w celu ich ochłodzenia. Jeżeli jest takie zapotrzebowanie, układ kriogeniczny może być wykorzystywany w sposób ciągły podczas pracy sprężarkowego układu chłodniczego 14, uzupełniając tym samym działanie układu 14 i umożliwiając znaczne obniżenie jego zdolności chłodniczych. W tym sposobie pracy, możną zastosować dla danego pomieszczenia chłodniczego znacznie mniejszy niż zwykle sprężarkowy układ chłodniczy. Często konieczne jest zapewnienie rezerwowego układu dla sprężarkowego układu chłodniczego 14, a można tego uniknąć jeżeli zastosuje się opisany powyżej układ kriogeniczny. Także, zaprezentowany sposób regulacji pozwala na przeprowadzanie konserwacji pojedynczego sprężarkowego układu chłodniczego, podczas gdy pomieszczenie chłodnicze cały czas jest wykorzystywane do przechowywania psujących się towarów. Dodatkowo, obecny układ można stosować jako uzupełnienie już istniejących pomieszczeń chłodniczych 10 zapewniając w ten sposób użytkownikowi ekonomiczne rozwiązanie problemów krótkotrwałego zwiększenia zapotrzebowania. W takim układzie budowla tymczasowa przedstawiona na fig. 2 może zostać dobudowana do trwałej budowli, takiej jak przedstawiono na fig. 1. Po spadku zapotrzebowania budowla tymczasowa może zostać zdemontowana umożliwiając wykorzystanie zajmowanego miejsca do innych celów.

184 362

FIG. 4

184 362

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób regulacji temperatury w pomieszczeniu chłodniczym, znamienny tym, że w izolowanym pomieszczeniu chłodniczym, stanowiącym konstrukcję tymczasową, pojemnik magazynujący (20), wypełnia się skroplonym gazem (18) umożliwiającym oddychanie i podtrzymującym funkcje życiowe, i skroplony gaz (18) doprowadza się do pomieszczenia chłodniczego za pomocą urządzeń dozujących, i odparowuje się skroplony gaz (18) podczas dozowania i ochładzania atmosfery wewnątrz pomieszczenia chłodniczego.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że gaz (18) po odparowaniu zawiera od 18% do 23% tlenu.
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że pozostałą część gazu stanowi azot.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że reguluje się przepływ dozowanego gazu kriogenicznego, utrzymując temperaturę w pomieszczeniu chłodniczym w żądanym zakresie.
5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że kriogeniczny gaz rozprowadza się podczas fazy rozruchu układu chłodniczego i gwałtownie ochładza się atmosferę wewnątrz pomieszczenia chłodniczego.
6. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że kriogeniczny czynnik rozprowadza się podczas pracy sprężarkowego układu chłodniczego, a szczególnie w czasie zwiększonego zapotrzebowania na zimno.
7. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że kriogeniczny czynnik rozprowadza się ciągle podczas pracy sprężarkowego układu chłodniczego i jednocześnie obniża się jego pojemność chłodniczą.
8. Urządzenie do regulacji temperatury w pomieszczeniu chłodniczym, znamienne tym, że zawiera izolowane pomieszczenie chłodnicze stanowiące konstrukcję tymczasową posiadającą izolowane ściany w postaci materiału otulinowego (36) z pęcherzykami powietrza, posiadającego szczelinę powietrzną o szerokości 4-5 mm oraz i pokrytego warstwą materiału odbijającego promieniowanie cieplne'.
9. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że w pomieszczeniu chłodniczym usytuowane są przewody rozpylające (16) z ciekłym gazem, wyposażone w wiele dysz rozpylających (22).
10. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że wewnątrz pomieszczenia chłodniczego rozmieszczone są czujniki pomiaru temperatury (28) i połączone z nimi elementy regulacji i urządzenia dozujące.