SU1064091A1 - Устройство дл низкотемпературного охлаждени изотермического контейнера - Google Patents

Abstract

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ НИЗКО ТЕМПЕРАТУРНОГООХЛАЖДЕНИЯ ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО КОНТЕЙНЕРА, содержащее сосуд дл  криогенной жидкости, средство дл  вытеснени  криогенной жидкости из сосуда, распылитель, содержащий жидкостной и газовый коллекторы и двухфазные форсунки, терморегул тор с исполнительным механизмом, отличающеес  тем. zs к что, сцелью уменьщени  расхода криогенной жидкости и повышени  стабильности поддержани  температуры в контейнере, жидкостные и газовые канг;лы форсунок св заны трубопроводами соответственно с жидкостной и газовой полост ми сосуда дл  криогенной жидкости, при этом на каждом из трубопроводов установлен запорный клапан с сервомеханизмом, рабочие полости последних сообщены с газовой полостью сосуда дл  криогенной жидкости посредством пневмореле, запорный орган которого соединен с исполнительным механизмом терморегул тора . 2. Устройство по .п. I, отличающеес  тем, что форсунка выполнена в виде цилиндрического корпуса с крышкой, между плоскост ми которых установлена с образова§ нием щелевого газового сопла профилиро (Л ванна  прокладка, при этом в корпусе выполнено отверстие, св зывающее газовый коллектор со щелевым газовым соплом; и жидкостной коллектор св зан с газовым соплом в месте его сужени  посредством трубки. о 4 О СО

Description

Изобретение относитс  к холодильной технике, в частности к криогенным системам охлаждени , и предназначено дл  охлаждени  преимущественно автономных изотермических контейнеров, кузовов автофургонов или железнодорожных вагонов, использующихс  дл  перевозок скоропорт щихс  продуктов.

Известно криогенное устройство дл  Охлаждени  изотермических контейнеров, содержащее сосуд дл  жидкого хладагента, систему его подачи.и коллектор дл  распылени  жидкости непосредственно в охлаждаемом пространстве контейнера, выполненный , как правило, в виде трубы с отверсти ми .

Устройство  вл етс  простым по конструкции , - обеспечивает высокую скорость охлаждени  1.

Однако под действием струй жидкого хладагента, выход щих из отверстий коллектора , возможно значительное местное переохлаждение, чтодл  некоторых видов груза недопустимо, так как св зано с его порчей. Поэтому дл  выравнивани  температуры в контейнере иногда примен ют вентил торы , что усложн ет конструкцию и снижает надежность устройства.

Кроме того, дл  обеспечени  удовлетворительного распыленна , например жидкого азота, требуетс  довольно значительное избыточное рабочее давление в сосуде, составл ющее около 100 кПа. Поэтому сосуд рассчитываетс  на предельное давление, достигающее 200-245 кПа. Это приводит к увеличению толщины его стенок и повышению веса.

Известно также криогенное устройство охлаждени , которое содержит сосуд дл  жидкого азота, теплообменники и клапан подачи жидкого азота. Теплообменники из оребренных труб монтируют на стенах и потолке кузова. Проход  по трубам, жидкий азот испар етс  и через распылительный naj-рубок попадает в кузов. С помощью автоматического регул тора в грузовом помещении поддерживаетс  посто нна  температура . Система наддува поддерживает посто нное давление в сосуде с жидким азотом. Таким образом в системе происходит смещанное охлаждение за счет жидкого и газообразного азота 2.

Недостатком данного устройства  вл етс  больша  площадь и вес теплообменников, которые должны обеспечить испарение всего количества хладагента, подаваемого в контейнер . Это обусловливает инерционность системы охлаждени ,. что особенно сказываетс  при первоначальном охлаждении после загрузки. Кроме того, наличие больщих поверхностей теплообменников, охлажденных до низкой температуры, приводит к значительным потер м влаги перевозимы-ми продуктами за счет ее вымораживани , т. е. к снижению качества продукта.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому  вл етс  устройство дл  низкотемпературного охлаждени  изотермического контейнера, содержащее сосуд дл  криогенной жидкости, средство дл  вытеснени  .криогенной жидкости из сосуда, распылитель , содержащий жидкостной и газовый коллекторы и двухфазные форсунки, терморегул тор с исполнительным мех.анизмом . В этом устройстве коллектор св зан с расположенным над ним дренажным трубопроводом несколькими .паропроводами , а подача жидкости в распылитель обеспечиваетс  электронагревателем, установленным в сосуде дл  криогенной жидкости. Известное устройство при определенных услови х может обеспечить равномерное распыление хладагента по .объему кузова 3.

Однако оно не обеспечивает стабильйости температуры охлаждаемого объекта, так как обладает больщой инерционностью, то объ сн етс  тем, что в известном устройстве при достижении в кузове заданного уровн  температуры подача жидкого азота в коллектор прекращаетс , однако охлаждение кузова продолжаетс  еще определенный отрезок времени за счет распылени  в кузов через форсунки, имеющейс  в коллекторе криогенной жидкости, а затем происходит истечение холодных паров хладагента, наход щихс  под избыточным давлением в коллекторе и соединенной с ним газовой полости сосуда с жидким азотом. Это истечение продолжаетс  до тех пор, пока давление в сосуде не упадет до атмосферного. В реальной конструкции системы охлаждени  продолжение охлаждени  после прекращени  подачи жидкого азота в коллектор длитс  от 15 до 45 с в зависимости от уровн  заданной в кузове температуры и приводит к . ненужному . (а иногда и недопустимому) переохлаждению кузова на 1-3°, усложнению настройки системы терморегулировани  из-за необходимости подбора экспериментальным путем более высокой температуры выключени  подачи азота, а также к нерациональным потер м хладагента на переохлаждение кузова. Дополнительные потери жидкого азота вызваны также периодическим повышением давлени  в системе при включении подачи азота и падением давлени  до атмосферного при ее выключении. При повыщении давлени  жидкий азот в сосуде перегреваетс , а сброс давлени  приводит к вскипанию его и испарению части жидкости до достижени  равновесного состо ни  по давлению и температуре.

В известном устройстве в (Соответствии

с принципом его работы коллектор ( мм)

должен быть св зан с наход щимс  над ним

дренажным трубопроводом . несколькими

паропроводами и находитьс  только а п пхней части кузова под потолком. Причем, рассто ние между коллектором и дренажным трубопроводом выбираетс  таким, чтобы не происходило осушени  жидкостных каналов , крайних форсунок при продольных наклонах автомобил  (по тангажу). Поэтому в ; реальной конструкции коллектор, паропроводы и дренажный трубопровод имеют об- щии размер по высоте 300 мм при полной высоте кузова-фургона 1810 мм.1о

Цель изобретени  - уменьшение расхода криогенной жидкости и повышение стабильности поддержани  температуры в контейнере.

Поставленна  це.пь достигаетс  тем, что ; в устройстве дл  низкотемпературного охлаждени  изотермического контейнера, содержащем сосуд дл  криогенной жидкости, средство дл  вытеснени  криогенной жидкости из сосуда, распылитель, содержащий жидкостной и газовый коллекторы и двух- 20 фазные форсунки, терморегул тор с исполнительным механизмом, жидкостные и газовые каналы форсунок св заны трубопроводами соответственно с жидкостной и газовой полост ми сосуда дл  криогенной жидкости, при этом на каждом из трубопроводов установлен запорный клапан с сервомеханизмом, рабочие полости послед-, них сообщены с газовой полостью сосуда дл  криогенной жидкости посредством пневмореле, запорный орган которого сое- , динен с исполнительным механизмом термо- регул тора.

Кроме того, форсунка выполнена в виде цилиндрического корпуса с крыщкой, между плоскост ми которых установлена с образованием щелевого газового сопла профилированна  прокладка, при этом в корпусе выполнено отверстие, св зывающее газовый коллектор со щелевым газовым соплом, а жидкостной коллектор св зан с газовым . соплом в месте его сужени  посредством трубки..40

- На фиг. 1 изображена схема устройства на фиг. 2. - разрез А-А на фиг. 1;,на фиг. 3 - вариант исполнени  форсунки; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 3.

Устройство содержит сосуд 1 дл  кри- огенной жидкости, например жидкого азота , заправка которого производитс  через. вентиль 2, дренаж паров при заправке - через вентиль 3. Сосуд 1 снабжен средством . л  вытеснени  криогенной жидкости,  вл ющейс  системой наддува, состо щей из рубопровода 4, испарител -теплообменника 5, запорного вентил  6 и регул тора 7 авлени , все элементы системы наддува оединены трубопроводом 8 с газовой поостью сосуда 1. .55

В изотермическом контейнере 9 размещен аспылитель криогенной жидкости, состо ий из коаксиальных жидкостного коллекtopa Ш. и газового коллектора П. Распылитель снабжен форсунками 12, жидкостные каналы которых выполнены в виде трубок 13 и соединены с коллектором 10, а газовые каналы - с коллектором 11. Форсунка имеет резьбовую насадку с соплом 14, котора  обеспечивает возможность регулировани  зазора между торцом трубки 13 и соплом 14.

Жидкостной коллектор 10 снабжен трубопроводом 15, который опущен в нижнюю часть жидкостной . полости сосуда 1. Газовый коллектор 11 трубапроводом 16 сое-, динен с газовой полостью сосуДа 1. На трубопроводах 15 и 16 установлены запорные клапаны 17 и 18 с пневматическими сервомеханизмами 19 и 20. Рабочие полости сервомеханизмов 19 и 20 сообщены с газовой полостью сосуда I через пневмореле , которое может быть выполнено, например , в виде золотникового устройства 21. Пневмореле 21 соединено трубопроводом 22 через запорный вентиль 23 с газовой полостью сосуда 1. .

Управление запорным органом пневмореле 21 осуществл етс  терморегул тором, состо щим из термобаллона 24, заполненного легкокип щей жидкостью, например хладоном-12, и св занного с ним капилл рной трубкой 25 исполнительного механизма 26 терморегул тора, .выполненного в виде сильфона.

Каждый из двух пневматических сервомеханизмов 19 и 20 снабжен дренажной трубкой 27 с дроссельным отверстием на конце-, соедин ющий рабочую полость сервомеханизма с атмосферой.

В устройстве целесоо.бразно использовать форсунки щелевого типа {фиг. 3). Така  форсунка состоит из корпуса 28, прокладки 29, крышки 30 и трубки 31. Корпус 28Приварен к газовому коллектору 11 и имеет отверстие 32, сообщающее газовый .коллектор 11 с вырезом в виде сопла 33 Лавал , выполненным в прокладке 29, котора  прижата крышкой 30 с помощью винтов 34 к корпусу 28. В узкую часть сопла 33 выведена трубка 31, второй конец которой соединен с жидкостным коллектором 10.

Устройство работает следующим образом .

Сосуд I заполн ют азотом через вентиль 2 при открытом вентиле 3 и закрытых вентил х 6 и 23. При этом запорные клапаны 17 и 18 закрыты. Контроль за наполнением производитс  по штатному указателю уровн  сосуда 1 (не показан). Затем вентили 2 и 3 закрывают и открывают вентиль 6 системы наддува, обеспечива  подачу самотеком жидкого азота в испаритель-теплообменник 5, где он испар етс  и через заранее настроенный регул тордавлени  7- и трубопровод 8 создает давление наддува в сосуд I. При достижении заданного давлени  регул тор 7 уменьшает (или прекращает) подачу жидкого азота в испаритель-теплообменник 5 и при дальнейшей работе поддерживает давление в сосуде I автоматически. При испарении азота в теплообменнике 5 происходит частичное охлаждение контейнера 9. Дл  включени  основного охлаждени  контейнера 9 необходимо открыть вентиль 23. Если при этом температура в контейнере 9 ниже или равна заданной, сильфон 26 сжат, золотниковое устройство 21 и клапаны 7 и 18 закрыты. Если же температура в контейнере 9 выше заданной, то сильфон 26 под действием избыточного давлени  в термобаллоне 24 расшир етс , воздействует на золотниковое устройство 21, открывающее подачу газа из сосуда 1 в оба пневматических сервомеханизма 19 и 20, и клапаны 17 и 18 открываютс . При этом вжидкостной коллектор 10 из сосуда I по трубопроводу 15 под действием давлени  наддува попадает жидкий азот, и в коллектор 11 по трубопроводу 16 - газообразный. Газообразный азот истекает из сопла 14 во внутреннее пространство контейнера 9, а жидкий азот по трубке 13 подводитс  в зону разрежени  сопла 14, где смешиваетс  с газом. В результате расширени  и св занного с этим вскипани  жидкого азота, попадающего в область более низкого давлени , а также скоростного напора газообразной струи азота из сопла 14 происходит дробление струи жидкости, хорошее перемешивание фаз и образование равномерной мелкодисперсной струи парожидкостной смеси с телесным углом расхождени  rt,. Производительность форсунки по жидкости и газу, степень распылени  и дальности-полета струи могут в довольно широких пределах регулироватьс  путем изменени  зазора между торцом трубки 13 и срезом сопла 14 за rupT npQT,/Snnnrn г прттмирниа гппп  г . счет резьбового соединени  сопла с коллектором 11. Расход газообразного азота, поступающего в коллектор 11 из сосуда 1 дл  обеспечени  работы форсунок, компенсируетс  автоматически увеличиванием с помощью регул тора 7 подачи жидкого азота и испарением его в теплообменнике 5. При достижении заданной. температуры в контейнере 9 давление в термобаллоне 24 падает, сильфон 26 сжимаетс  и закрывает золотниковое устройство 21. При этом подача газа в пневматические сервомеханизмы 19 и 20 прекращаетс , давление в них падает за счет наличи  дренажных трубок 27, клапаны 17 и 18 закрываютс  и подача азота в контейнер 9 прекращаетс . Площадь поперечного сечени  дроссельного отверсти  дренажных трубок 27 может быть выбрана достаточно малой по сравнению с общей площадью сопла 14, чтобы расход газа через трубки не приводил к. заметным потер м давлени . Щелевые форсунки, которые могут быть применены в устройстве, работают аналогично. Газообразный зазор по каналу 32 попадает в сопло 33, в сужение которого по труб е 31 подводитс Чакже и ж ид В результате разрежени  в сопле и скорост ного напора газа происходит распыление жидкого азота, как в первом случае. Така  конструкци  форсунки позвол ет в более широких пределах регулировать параметры струи как толщиной прокладок 29, так и размерами сопла, в том числе углом расхождени  струи л. Кроме того, стру  из ш.елевой форсунки имеет плоскую форму (толщина струи ф что позвол ет максимально приблизить ее к потолку, увеличить дальность полета струи, уменьшить веро тность местного переохлаждени  груза (особенно при полной загрузке контейнера 9) и уве-. личить равномерность температуры во всем охлаждаемом объеме. Таким образом, в предлагаемом устройстве осуществл етс  непосредственна  подача жидкого азота в охлаждаемый контейнер , чем достигаетс  больша  скорость охлаждени . Однако при этом распыление жидкости осуществл етс  в двухфазных форсунках газообразным азотом, благоддр ,, це,у удаетс  получать мелкодисперс .„yg плоские струи парожидкостной смеси, которые обеспечивают интенсивное перемешивание газа в контейнере и выравнивание температуры по всему объему и исключают местное переохлаждение. Следует отметить, двухфазные форсунки работают при давлении наддува, составл ющем gQ кПа. Газообразный азот, необходимый дл  распылени  жидкости в форсун «t ках, получаетс  испарением незначительной части жидкого азота, необходимого дл  охлаждени , так как удельный объем газообразного азота более чем в 160 раз больше удельного объема жидкости. Распылитель предлагаемого устройства имеет габаритный размер по ширине и высоте не более 50 мм и может быть расположен не только под потолком, но и в любом другом удобном дл  монтажа месте кузова (например, вдоль вертикальных i стенок).. Экономический эффект от использовани  одного рефрижератора за срок его службы составит 22,4 тыс. руб.

А-А

31

J

10

(put, Ч

Claims (2)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО КОНТЕЙНЕРА, содержащее сосуд для криогенной жидкости, средство для вытеснения криогенной жидкости из сосуда, распылитель, содержащий жидкостной и газовый коллекторы и двухфазные форсунки, терморегулятор с исполнительным механизмом, отличающееся тем, что, с целью уменьшения расхода криогенной жидкости и повышения стабильности поддержания температуры в контейнере, жидкостные и газовые каналы форсунок связаны трубопроводами соответственно с жидкостной и газовой полостями сосуда для криогенной жидкости, при этом на каждом из трубопроводов установлен запорный клапан с сервомеханизмом, рабочие полости последних сообщены с газовой полостью сосуда для криогенной жидкости посредством пневмореле, запорный орган которого соединен с исполнительным механизмом терморегулятора.

2. Устройство по π. 1, отличающееся тем, что форсунка выполнена в виде цилиндрического корпуса с крышкой, между плоскостями которых установлена с образова- § нием щелевого газового сопла профилированная прокладка, при этом в корпусе выполнено отверстие, связывающее газовый коллектор со щелевым газовым соплом,' и жидкостной коллектор связан с газовым соплом в месте его сужения посредством трубки.

106409/