УСТРОЙСТВО ДЛЯ ХРАНЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПРОДУКТОВ Российский патент 1994 года по МПК A01F25/00 

Изобретение относится к сельскохозяйственной технике, а именно к хранилищам сельскохозяйственных продуктов.

Известно устройство для хранения сельскохозяйственной продукции, включающее камеру для продуктов с системой вентиляции и заполненный водой кожух.

Известное устройство за счет конвекции воды в кожухе позволяет добиться относительной равномерности распределения температур по камере, однако не содержит средство охлаждения, способное обеспечить накопление холода в устройстве.

Этот недостаток частично устранен в устройстве для хранения сельскохозяйственных продуктов, содержащем размещенную в грунте камеру с теплоизолированной крышкой, средство охлаждения камеры, выполненное в виде тепловых труб, проходящих из атмосферы через грунт в камеру, и съемную теплоизоляцию.

Недостатком этого устройства является относительно малое количество аккумулируемого холода, так как в данном случае холод накапливается в грунте, через который проходят тепловые трубы, а грунт имеет недостаточную удельную холодоемкость. Кроме того, непрерывные высокотеплопроводные тепловые трубы способствуют проникновению тепла в камеру для продуктов в летнее время, что снижает стабильность температуры хранения.

Целью изобретения является увеличение количества аккумулируемого к сезону холода и продолжительности хранения путем использования фазового перехода жидкость - лед и повышение стабильности температуры хранения.

Цель достигается тем, что в устройстве, включающем камеру с теплоизолированной крышкой, средство охлаждения в виде тепловых труб, проходящих из атмосферы через грунт в камеру, и съемную теплоизоляцию, тепловые трубы снабжены заполненными жидкостью кожухами с компенсаторами изменения объема, выполненными в виде гибких мембран, а также малотеплопроводными трубными вставками на границе грунт-атмосфера.

Известно снабжение камеры для продуктов заполняемым водой кожухом. Также известно применение тепловых труб, проходящих из атмосферы через грунт в камеру для продуктов с целью сезонного замораживания грунта вокруг нее. Существенным отличием предлагаемого устройства является снабжение тепловых труб заполненными жидкостью кожухами с компенсаторами изменения объема, выполненными в виде гибких мембран, а также малотеплопроводными трубными вставками на границе грунт - атмосфера. Использование указанной совокупности отличительных признаков неизвестно.

Первое устройство имеет достаточно холодоемкую аккумулирующую среду - воду в кожухе и не содержит эффективное средство охлаждения, позволяющее превратить воду в лед. Второе устройство имеет эффективное средство охлаждения - тепловые трубы и недостаточную холодоаккумулирующую среду - грунт. Предлагаемое устройство дает возможность накапливать холод в грунте и использовать для этого фазовый переход жидкость - лед и таким образом получить эффект больший, чем сумма эффектов от использования известных устройств в отдельности.

На фиг. 1 схематически изображено устройство, поперечный разрез; на фиг. 2 - вид сверху в разрезе.

Устройство для хранения сельскохозяйственных продуктов состоит из камеры 1 для продуктов, расположенной в грунте 2, теплоизолированной крышки 3, тепловых труб 4, частично заполненных теплоносителем 5 (эфир, спирт, аммиак и др. ), с зонами испарения 6 и конденсации 7, оребрением 8, малотеплопроводными трубными вставками 9 (ковар, мильхиор и др.), кожухами 10 с компенсаторами изменения объема в виде гибких мембран 11, заполненными жидкостью 12, например водой или др. Камера 1 отделена от кожухов 10 съемной теплоизоляцией 13.

Устройство работает следующим образом.

В зимний период съемная теплоизоляция 13 демонтирована. Зоны 7 конденсации тепловых труб омываются холодным атмосферным воздухом, вследствие чего поддерживаются в холодном состоянии, а зоны 6 испарения - теплыми за счет теплоты грунта 2. Теплоноситель 5 испаряется в зоне 6, отнимая тепло от жидкости 12 и грунта, поднимается в зону 7, где конденсируется, отдавая это тепло в атмосферу, и самотеком стекает в зону испарения. Таким образом контуры циркуляции в тепловых трубах замыкаются. В результате работы тепловых труб жидкость 12 путем фазового превращения переходит в твердое состояние, изменение объема кожуха 10 при этом компенсируется прогибом гибких мембран 11, окружающий тепловые трубы, грунт также замораживается, и вокруг камеры 1 аккумулируется большое количество холода.

В конце зимы, когда средняя температура воздуха повышается, устанавливается съемная теплоизоляция 13. Благодаря этому снижаются потери накопленного холода. Перед загрузкой камеры часть изоляции 13 демонтируется в зависимости от требуемой температуры хранения продуктов. В летний период зоны 7 тепловых труб имеют температуру большую, чем зоны 6, вследствие чего циркуляция теплоносителя 5 прекращается. Избыточное тепло из камеры 1 постепенно расходуется на размораживание грунта и плавление замороженной жидкости 12. Проникновению тепла из атмосферы в грунт и аккумуляторы холода по корпусу тепловых труб препятствуют низкотеплопроводные трубные вставки 9. Таким образом, в камере 1 стабильно поддерживается необходимая температура.

Снабжение тепловых труб заполненными жидкостью кожухами позволяет накапливать холод не только в грунте с относительно малой холодоемкостью, но и использовать для этого фазовый переход жидкость - лед, что повышает запас аккумулируемого холода и продолжительность хранения и тем самым способствует повышению стабильности температуры хранения. Компенсаторы изменения объема позволяют компенсировать изменение объема кожухов при фазовом переходе и таким образом осуществить фазовые переходы жидкости без нарушения целостности конструкции.

Снабжение тепловых труб низкотеплопроводными вставками на границе грунт - атмосфера препятствует утечке холода из грунта и кожухов в атмосферу по корпусу тепловых труб и таким образом повышает стабильность температуры хранения.

П р и м е р. Принимают: размеры камеры для продуктов 10х10х1 м³, количество тепловых труб N=80 шт, тепловая мощность одной тепловой трубы W= 500 Вт, сечение кожухов тепловых труб 0,5х1 м², общий объем кожухов V=130 м³, поверхность S соприкосновения кожухов с грунтом 350 м²; поверхность S^I соприкосновения кожухов со съемной теплоизоляцией 260 м²; заполняющая кожухи жидкость - вода с температурой замерзания 0^оС, теплотой замерзания τ_в = 300 ˙ 10³ Дж/кг= 29,7 ˙ 10⁷ Дж/м³ и теплоемкостью С_в = 4,19 ˙ 10⁶ Дж/м³К, толщина съемной теплоизоляции δ = 0,1 м, выполненной из пенопласта с коэффициентом теплопроводности λ = 0,2 Вт/м ˙ К, теплоемкость грунта С_гр= 2,09 ˙ 10⁶ Дж/м³К, теплопроводность грунта λ_гр = 0,81 Вт/мк, теплота замерзания грунта r_гр= 6,3 ˙ 10⁷ Дж/м³, температурный градиент в грунте g_гр= 5 К/м, объем охлаждаемого грунта V_гр= 330 м³, теплоемкость продукта С_п= 2,47x10⁶Дж/м³К, разность температур продуктов и кожухов Δ Т = 5^оС.

Количество аккумулированного за зиму холода для предлагаемого устройства
Q= Q_ог + Q_зг + Q_ов + Q_зв=3,4 ˙ 10⁹ + +20,8 ˙ 10⁹+2,72 ˙ 10⁹ +38,61 ˙ 10⁹= 65,53 ˙ 10⁹ Дж,
где Q_ог= V_гр˙ С_гр ˙Δ Т = 330 ˙ 2,09 ˙ 10⁶x 5=3,4 ˙ 10⁹ Дж - холод, аккумулированный в охлажденном от 5 до 0^оС грунте; Q_зг= V_гр ˙ r_гр=330 ˙ 6,3 ˙ 10⁷= 20,8 ˙ 10⁹ Дж - аккумулированный холод замороженного грунта; Q_ов= V ˙C_в˙Δ Т = 130 ˙ 4,19 ˙ 10⁶x 5=2,72 ˙ 10⁹Дж - холод, аккумулированный в охлажденной от 5 до 0^оС воде; Q_зв=V ˙ r_в=130 ˙ 29,7 ˙ 10⁷= 38,61 ˙ 10⁹ Дж - холод, аккумулированный в замороженной воде.

Необходимое время аккумулирования холода в зимний период для предлагаемого устройства
t_а = = = 18,8 сут.

Продолжительность хранения продукта для предлагаемого устройства (время, в течение которого поддерживается в камере не более 5^оС)
= = где Q_n= 100 ˙ 2,47 ˙ 10⁶ ˙ 20^оС=4,94 ˙ 10⁹ Дж - холод, необходимый для охлаждения продукта до температуры хранения.

Количество аккумулированного за зиму холода для прототипа
Q' = Q_ог + Q_зг + Q_ов = 3,4 ˙10⁹+
+ 20,8 ˙ 10⁹ + 2,72 ˙ 10⁹=26,92 ˙ 10⁹ Дж.

Необходимое время аккумулирования холода в зимний период для прототипа
t = = = 7,78 сут.

Продолжительность хранения продукта для прототипа
= =
Преимущество предлагаемого решения по сравнению с известными подтверждается данными, приведенными в таблице.

Количество аккумулируемого холода и продолжительность хранения продукта при температуре не более 5^оС по предлагаемому решению в сравнении с вариантом совместного использования отличительных признаков известных устройств больше соответственно в 2,43 и 2,71 раза.

Использование: для хранения сельскохозяйственных продуктов. Сущность: устройство содержит камеру с теплоизолированной крышкой, средство для охлаждения камеры, выполненное в виде тепловых труб, проходящих из атмосферы через грунт в камеру, и съемную теплоизоляцию. Тепловые трубы снабжены заполненными жидкостью кожухами с компенсаторами изменения объема, выполненными в виде гибких мембран, и низкотеплопроводными вставками, размещенными внутри тепловых труб на границе грунт - атмосфера. 1 табл., 2 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ХРАНЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПРОДУКТОВ, содержащее камеру с теплоизолированной крышкой, средство для охлаждения камеры, выполненное в виде тепловых труб, проходящих из атмосферы через грунт в камеру, и съемную теплоизоляцию, отличающееся тем, что тепловые трубы снабжены заполненными жидкостью кожухами с компенсаторами изменения объема, выполненными в виде гибких мембран, и низкотеплопроводными вставками, размещенными в тепловых трубах на границе грунт - атмосфера.