ПЕРЕНОСНОЙ ХОЛОДИЛЬНИК И СПОСОБ ЕГО РАБОТЫ Российский патент 1998 года по МПК F25D3/08 

Изобретение относится к холодильной технике, а именно к переносным холодильникам, предназначенным для охлаждения, хранения и транспортировки скоропортящихся продуктов и медицинских препаратов.

Известен переносной холодильник, содержащий теплоизолированный корпус с крышкой и отсеками для продуктов [1]. Внутри корпуса предусмотрены ложементы и место для размещения емкости с отвержденным хладагентом, имеющей тепловой контакт с транспортируемыми продуктами.

Известен способ работы переносного холодильника, предусматривающий этап подготовки холодильника к хранению охлажденных продуктов и этап охлаждения корпуса в процессе транспортирования [1].

Этап подготовки холодильника к работе заключается в резервировании холода путем размещения емкости с отвержденным хладагентом во внутренней полости холодильника и поддержании заданного температурного уровня в процессе транспортировки за счет плавления хладагента. По завершении плавления хладагента емкость с хладагентом извлекают из переносного холодильника и производят отверждение хладагента путем размещения ее в специальном технологическом холодильном оборудовании и выдержки в течение определенного времени при заданной температуре до полного отверждения хладагента, после чего емкость с отвержденным хладагентом вновь устанавливают в переносной холодильник.

Недостатками известного переносного холодильника и способа его работы являются, во-первых, нерациональные потери хладагента в процессе доставки переносного холодильника к пункту его загрузки, необорудованному холодильной установкой для отверждения хладагента; во-вторых, необходимость наличия дополнительного холодильного технологического оборудования для отверждения хладагента и охлаждения продуктов перед их транспортировкой.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является предотвращение нерациональных потерь холода, создание переносного холодильника и способа его работы, позволяющих охлаждать продукты до заданной температуры перед их транспортированием непосредственно в холодильнике, а также исключить необходимость извлечения из холодильника транспортируемых в охлажденном состоянии продуктов на этапе подготовки его к работе.

Для решения поставленной задачи переносной холодильник, содержащий теплоизолированный корпус с крышкой и отсеками для продуктов, снабжен испарителем, конденсатором, термосорбционным компрессором и термометром для контроля температуры, при этом испаритель размещен внутри теплоизолированного корпуса, конденсатор вынесен из зоны охлаждения, размещен на внешней стороне теплоизолированного корпуса и соединен с испарителем трубопроводом с запорным клапаном, а термосорбционный компрессор содержит несколько адсорберов, объединенных посредством управляемых клапанов по крайней мере в два блока, каждый из которых содержит горячий и холодный адсорберы, соединенные через запорно-регулирующие клапаны со стороны выхода хладагента высокого давления с конденсатором, а со стороны входа хладагента низкого давления - с испарителем, при этом в линиях связи адсорберов с конденсатором установлены теплообменники, размещенные во внутренних полостях адсорберов с надежным тепловым контактом с адсорбционной насадкой, а теплообменник, установленный на выходе хладагента высокого давления из горячего адсорбера работающего блока, размещен во внутренней полости нагреваемого адсорбера подготавливаемого к работе блока.

Это позволяет осуществлять непрерывную циркуляцию хладагента по замкнутому контуру и охлаждать до заданной температуры загруженные в холодильник продукты перед их транспортированием. Горячий и холодный адсорберы каждого автономного блока соединены между собой через управляемый клапан.

Кроме того, запорный клапан, соединяющий конденсатор с испарителем, выполнен с ручным управлением, что позволяет включать или отключать охлаждение полости корпуса с загруженными продуктами во время транспортирования вдали от источника энергопитания в любой момент времени по желанию потребителя.

Для решения поставленной задачи в способе работы переносного холодильника, предусматривающем этап подготовки его к хранению охлажденных продуктов и этап охлаждения полости корпуса в процессе транспортирования, перед этапом подготовки холодильника к хранению охлажденных продуктов осуществляют этап предварительного охлаждения до заданной температуры полости корпуса с загруженными в него транспортируемыми продуктами путем непрерывной циркуляции хладагента по замкнутому контуру и включающий регенерацию сорбента, горячего адсорбера работающего блока с выдачей хладагента высокого давления, охлаждение в теплообменнике с отдачей тепла насадке нагреваемого адсорбера подготавливаемого к работе блока, конденсацию паров хладагента в конденсаторе, снижение давления и кипение расширившегося хладагента в испарителе с производством холода, отвод тепла от внутренней полости корпуса, одновременное поглощение паров хладагента низкого давления холодным адсорбером, а на этапе подготовки холодильника к хранению охлажденных продуктов регенерацию сорбента осуществляют только в тех адсорберах, которые находились в охлажденном состоянии в последнем цикле этапа предварительного охлаждения полости корпуса до заданной температуры, при этом начало и окончание работы данного блока адсорбера осуществляют автоматически путем подачи команды на открытие и закрытие соответствующих клапанов на трубопроводах, соединяющих адсорберы с испарителем и конденсатором, а начало и окончание этапов осуществляют путем открытия или закрытия клапана на трубопроводе, соединяющем конденсатор с испарителем, и в этом случае осуществляют перенос паров хладагента при пониженном давлении в конденсатор; конденсацию их и накопление жидкого хладагента в конденсаторе, а на этапе охлаждения полосы корпуса в процессе транспортирования производят снижение давления пара над жидким хладагентом для его кипения с отводом тепла из полосы корпуса и одновременное поглощение паров хладагента низкого давления в адсорбере термосорбционного компрессора.

Предлагаемый способ позволяет охлаждать продукты до заданной температуры перед их транспортированием непосредственно в переносном холодильнике без дополнительного оборудования и существенно сократить затраты энергии на проведение десорбции. Способ работы холодильника включает также подпитку хладагентом адсорбера, закончившего поглощение паров хладагента низкого давления путем усреднения давления хладагента между горячим и холодным адсорберами работающего автономного блока, что в значительной мере увеличивает адсорбционную емкость насадки адсорбера, увеличивая тем самым удельную холодопроизводительность переносного холодильника.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема переносного холодильника; на фиг.2 и 3 - один из возможных вариантов компоновки его элементов.

Переносной холодильник включает теплоизолированный корпус 1 с крышкой 2, отсеки 3 для загрузки продуктов, испаритель 4, конденсатор 5 с запорными клапанами 6 и 7, термосорбционный компрессор 8, адсорберы 9 - 12 которого посредством управляемых клапанов 13 - 22 объединены в автономные блоки 24, 25, каждый из которых содержит горячий и холодный адсорберы, соединенные через запорно-регулирующие клапаны 17 - 20 со стороны выхода хладагента высокого давления с конденсатором, а со стороны входа хладагента низкого давления через клапаны 13 - 16 с испарителем 4. В линиях связи адсорберов с конденсатором 5 установлены теплообменники 25 - 28, размещенные во внутренних полостях адсорберов 9 - 12 с надежным тепловым контактом с адсорбционной насадкой, при этом теплообменник, установленный на выходе хладагента высокого давления из горячего адсорбера работающего блока, размещен во внутренней полости нагреваемого адсорбера подготавливаемого к работе блока. Холодильник имеет дополнительные теплообменники 29 - 32, установленные на линиях связи адсорберов с конденсатором.

Испаритель 4 размещен внутри теплоизолированного корпуса 1,конденсатор 5 вынесен из зоны охлаждения, размещен на внешней стороне теплоизолированного корпуса 1 и сообщен с испарителем 4 трубопроводом с запорным клапаном 7.

Горячий и холодный адсорберы каждого автономного блока 23, 24 соединены между собой через управляемые клапаны 21, 22.

Запорный клапан 7, соединяющий конденсатор 5 с испарителем 4, может быть выполнен с ручным управлением.

Настройка холодильника на заданный температурный режим и его постоянный контроль осуществляются с помощью запорно-регулирующего клапана 33 и термометра 34. Для закрепления элементов переносного холодильника могут быть использованы поверхности теплоизолированного корпуса. Один из возможных вариантов приведен на фиг. 2 и 3. В предлагаемом случае все элементы (за исключением испарителя 4 и запорно-регулирующего клапана 33, которые размещены во внутренней полости теплоизолированного корпуса) закреплены на наружной стороне днища теплоизолированного корпуса, а теплообменники 29 - 32 закреплены на одной из его боковых сторон. При этом все управляемые клапаны 13 - 22 и 6 объединены в клапанную коробку 37, работа которой осуществляется от блока управления (на фиг. не показан). Для удобства контроля за процессами при работе переносного холодильника запорно-регулирующий клапан 33 и термометр 34 размещены на крышке 2 и закрыты прозрачным колпаком 36.

Способ работы переносного холодильника предусматривает этапы предварительного охлаждения до заданной температуры полости корпуса с загруженными в него транспортируемыми продуктами, подготовки холодильника к хранению охлажденных продуктов и охлаждения полосы корпуса в процессе транспортирования.

Этап предварительного охлаждения до заданной температуры полости корпуса с загруженными в него транспортируемыми продуктами осуществляют путем непрерывной циркуляции хладагента по замкнутому контуру. В процессе работы происходит регенерация сорбента горячего адсорбера работающего блока с выдачей хладагента высокого давления. В исходном состоянии все клапаны закрыты, температура продуктов, загруженных в отсеки, близка к температуре окружающей среды, хладагент равномерно распределен между адсорбционными насадками адсорберов 9 - 12 термосорбционного компрессора 8. Открывают клапаны 6 и 7 и после этого с помощью блока управления (не показан) подается команда на разогрев адсорбера 9, например, путем подачи напряжения на электросопротивление, расположенное внутри каждого адсорбера (не показано). В результате разогрева адсорбера 9 происходит десорбция ранее адсорбированного хладагента, сопровождающаяся ростом давления. При достижении заданного уровня давления подается команда на открытие клапанов 19 и 14 и разогретый поток хладагента высокого давления проходит через теплообменник 27, расположенной в нагревающемся в этот момент адсорбере 11, отдавая тепло насадке нагреваемого адсорбера 11 подготавливаемого к работе блока 24. Затем осуществляют охлаждение хладагента в теплообменнике 31, конденсацию паров хладагента в конденсаторе 5. Далее жидкий хладагент при высоком давлении пропускают через теплообменник 35 и через запорно-регулирующий клапан 33 и подают в испаритель 4, где осуществляют снижение давления и кипение расширившегося хладагента с производством холода. Значение давления, а следовательно и температуры кипения хладагента задается с помощью клапана 33, а контролируется по термометру 34.

Хладагент выкипает, производя отвод тепла от внутренней полости корпуса 1 и от охлаждаемых продуктов. Пары хладагента при пониженном давлении через открытый клапан 14 поступают в адсорбер 10, и производится одновременное поглощение паров хладагента низкого давления насадкой холодного адсорбера 10. Для интенсификации отвода тепла конденсации и адсорбции может быть предусмотрено принудительное охлаждение конденсатора 5 и адсорберов 9-12.

По завершении выдачи хладагента высокого давления из адсорбера 9 по команде с блока управления прекращается разогрев адсорбера 9, закрываются клапаны 19 и 14 и открывается клапан 21. Производится подпитка хладагентом адсорбера 10, завершившего поглощение паров хладагента низкого давления за счет выравнивания давления между адсорберами 9 и 10. После этого по команде с блока управления одновременно закрываются клапаны 21, 19, 14 и включается разогрев адсорбера 11. В результате разогрева адсорбера 11 происходит десорбция ранее адсорбированного хладагента, сопровождающаяся ростом давления. При достижении заданного уровня давления подается команда на открытие клапанов 18 и 16, разогретый поток хладагента высокого давления проходит через теплообменник 26, расположенный в нагревающемся в этот момент адсорбере 10, отдавая тепло насадке нагреваемого адсорбера 10, затем доохлаждается в теплообменнике 30 и конденсируется в конденсаторе 5. Далее жидкость при высоком давлении проходит через теплообменник 35 и через запорно-регулирующий клапан 33, в котором происходит снижение давления и температуры хладагента, поступает в испаритель 4, где хладагент выкипает, отбирая тепло у охлаждаемых продуктов. Из испарителя пары хладагента при пониженном давлении через клапан 16 поступают в адсорбер 12, где поглощаются его насадкой.

По завершении выдачи хладагента высокого давления из адсорбера 11 по команде с блока управления прекращается разогрев адсорбера 11, закрываются клапаны 18 и 16 и открывается клапан 22. Производится подпитка хладагентом адсорбера 12, закончившего поглощение паров хладагента низкого давления за счет выравнивания давления между адсорберами 11 и 12. После этого клапан 22 закрывается, подается команда на разогрев адсорбера 10, затем открываются клапаны 20 и 13 и поток хладагента высокого давления последовательно проходит теплообменники 28, 32, 35, испаритель 4, клапан 13 и поступает в адсорбер 9, где поглощается его насадкой. По завершении выдачи хладагента из адсорбера 10 разогрев его прекращается, закрываются клапаны 20 и 13 и открывается клапан 21. Осуществляется подпитка адсорбера 9, клапан 21 закрывается, подается команда на разогрев адсорбера 12, затем открываются клапаны 15 и 17, поток хладагента последовательно проходит теплообменники 25, 29, 35, испаритель 4, клапан 15 и т.д.

В дальнейшем протекающие процессы аналогичны указанным и легко прослеживаются по приведенным фиг. 1, 2 и 3. Описанная последовательность операций повторяется до охлаждения загруженных в отсеки холодильника продуктов до заданной температуры.

По завершении охлаждения продуктов до заданной температуры производится подготовка переносного холодильника к хранению и транспортировке.

На этом этапе осуществляют регенерацию сорбента термосорбционного компрессора в тех адсорберах, которые находились в охлажденном состоянии в последнем цикле этапа предварительного охлаждения полосы корпуса до заданной температуры. При этом начало и окончание работы данного блока адсорберов осуществляют автоматически путем подачи команды на открытие или закрытие соответствующих клапанов на трубопроводе, соединяющих адсорберы с испарителем 4 и конденсатором 5, а начало и окончание этапов осуществляют путем открытия или закрытия клапана 7 на трубопроводе, соединяющем конденсатор 5 с испарителем 4.

Для этого подается команда на закрытие клапанов 21 и 22 и закрывается клапан 7, имеющий ручное управление. Последовательность проведения остальных операций остается прежней, то есть подается команда на разогрев адсорбера 9, затем открывается клапан 19 на трубопроводе, соединяющем адсорбер 11 с конденсатором 5. При этом, поскольку клапан 7 закрыт, поток хладагента из адсорбера 9 последовательно проходит через теплообменники 27, 31, клапан 19 и накапливается в конденсаторе 5. Поскольку клапаны 7 и 14 закрыты, то поглощение паров низкого давления в адсорбере 10 не происходит и поэтому клапан 21 после завершения выдачи хладагента высокого давления не включается. Далее подается команда на прекращение разогрева адсорбера 9, закрытие клапана 19 и разогрев адсорбера 11 и открытие клапана 18 на трубопроводе, связывающем адсорбер с конденсатором 5. При этом поток хладагента из адсорбера 11 последовательно проходит через теплообменники 26, 30, клапан 18 и накапливается в конденсаторе 5. По завершении выдачи хладагента высокого давления из адсорбера 11 клапан 22 также не открывается и поглощения паров хладагента низкого давления в адсорбере 12 не происходит. После этого подается команда на прекращение разогрева адсорбера 11, закрытие клапана 18. Закрывается клапан 6, имеющий так же, как и клапан 7, ручное управление. В результате этого переносной холодильник готов к транспортировке охлажденных продуктов.

На этапе охлаждения полосы корпуса в процессе транспортирования и поддержания в ней заданной температуры производят снижение давления пара над жидким хладагентом для его кипения с отводом тепла из полосы корпуса 1 и одновременное поглощение паров хладагента низкого давления в адсорбере термосорбционного компрессора.

Для поддержания заданной температуры в процессе транспортировки открывается клапан 7 с ручным управлением и жидкая фаза хладагента при высоком давлении проходит через теплообменник 35, регулирующий клапан 33 и поступает в испаритель 4 с понижением давления и температуры. Давление, а следовательно, и значение температуры кипения хладагента в испарителе 4 задается клапаном 33, а контролируется по термометру 34. В испарителе 4 за счет подвода тепла из окружающей среды хладагент выкипает и его пары одновременно поглощаются насадками адсорберов 9 - 12.

Использование предложенного способа позволяет по сравнению с прототипом расширить функциональные возможности и сферу использования переносного холодильника, снизить в 2 - 3 раза капитальные затраты.

Использование: в холодильной технике при охлаждении, хранении и транспортировке скоропортящихся продуктов и медицинских препаратов. Сущность: переносной холодильник содержит теплоизолированный корпус с крышкой и отсеками для продуктов, испаритель, конденсатор и термосорбционный компрессор. Последний содержит несколько адсорберов, объединенных посредством управляемых клапанов в автономные блоки, каждый из которых содержит горячий и холодный адсорберы, соединенные трубопроводами с конденсатором и испарителем. На трубопроводах размещены запорно-регулирующие клапаны. Способ работы переносного холодильника предусматривает этапы предварительного охлаждения полости корпуса с продуктами, подготовки холодильника к хранению охлажденных продуктов и охлаждения полости корпуса в процессе транспортирования. При этом осуществляют непрерывную циркуляцию хладагента по замкнутому контуру: выдача хладагента высокого давления из горячего адсорбера одного блока, конденсация его паров в конденсаторе, дросселирование и кипение хладагента при низком давлении с производством холода в испарителе, поглощение паров хладагента низкого давления в холодном адсорбере этого же блока. Далее аналогично по другому блоку. Начало и окончание этапов осуществляют путем подачи команды на открытие и закрытие соответствующих клапанов, а также на начало и окончание разогрева соответствующих адсорберов. В процессе работы происходит регенерация тепла между горячим потоком хладагента высокого давления, поступающего из горячего адсорбера одного блока, и насадкой нагреваемого в данный момент адсорбера другого блока. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Переносной холодильник, содержащий теплоизоляционный корпус с крышкой и отсеками для продуктов, отличающийся тем, что он снабжен испарителем, конденсатором, термосорбционным компрессором и термометром для контроля температуры, при этом испаритель размещен внутри теплоизолированного корпуса, конденсатор вынесен из зоны охлаждения, размещен на внешней стороне теплоизолированного корпуса и сообщен с испарителем трубопроводом с запорным клапаном, а термосорбционный компрессор содержит несколько адсорберов, объединенных посредством управляемых клапанов по крайней мере в два автономных блока, каждый из которых содержит горячий и холодный адсорберы, соединенные через запорно-регулирующие клапаны со стороны выхода хладагента высокого давления с конденсатором, а со стороны входа хладагента низкого давления - с испарителем, при этом в линиях связи адсорберов с конденсатором установлены теплообменники, размещенные во внутренних полостях адсорберов с надежным тепловым контактом с адсорбционной насадкой, а теплообменник, установленный на выходе хладагента высокого давления из горячего адсорбера работающего блока, размещен во внутренней полости нагреваемого адсорбера подготавливаемого к работе блока. 2. Холодильник по п.1, отличающийся тем, что горячий и холодный адсорберы каждого автономного блока соединены между собой через управляемый клапан. 3. Холодильник по п.1, отличающийся тем, что запорный клапан, соединяющий конденсатор с испарителем, выполнен с ручным управлением. 4. Способ работы переносного холодильника, предусматривающий этап подготовки холодильника к хранению охлажденных продуктов и этап охлаждения полости корпуса в процессе транспортирования, отличающийся тем, что перед этапом подготовки холодильника к хранению охлажденных продуктов осуществляют этап предварительного охлаждения до заданной температуры полости корпуса с загруженными в него транспортируемыми продуктами путем непрерывной циркуляции хладагента по замкнутому контуру и включающий регенерацию сорбента горячего адсорбера работающего блока с выдачей хладагента высокого давления, охлаждение в теплообменнике с отдачей тепла насадке нагреваемого адсорбера подготавливаемого к работе блока, конденсацию паров хладагента в конденсаторе, снижение давления и кипение расширившегося хладагента в испарителе с производством холода, отвод тепла от внутренней полости корпуса, одновременное поглощение паров хладагента низкого давления холодным адсорбером, а на этапе подготовки холодильника к хранению охлажденных продуктов осуществляют регенерацию сорбента термосорбционного компрессора в тех адсорберах, которые находились в охлажденном состоянии в последнем цикле этапа предварительного охлаждения полости корпуса до заданной температуры, при этом начало и окончание работы данного блока адсорберов осуществляют автоматически путем подачи команды на открытие или закрытие соответствующих клапанов на трубопроводах, соединяющих адсорберы с испарителем и конденсатором, а начало и окончание этапов осуществляют путем открытия или закрытия клапана на трубопроводе, соединяющем конденсатор с испарителем, и в этом случае осуществляют перенос паров хладагента при повышенном давлении в конденсатор, конденсацию их и накопление жидкого хладагента при повышенном давлении в конденсаторе, а на этапе охлаждения полости корпуса в процессе транспортирования производят снижение давления пара над жидким хладагентом для его кипения с отводом тепла из полости корпуса и одновременное поглощение паров хладагента низкого давления в адсорбере термосорбционного компрессора. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что осуществляют подпитку хладагентом адсорбера, закончившего поглощение паров хладагента низкого давления, путем усреднения давления хладагента между горячим и холодным адсорберами работающего автономного блока.