Устройство для охлаждения жидкости Советский патент 1989 года по МПК A23C3/04 F25D3/00 

Bxof ох- лаж аемои жидкости.

:/

Фиг.}

/1

Вылод омсинда- емой жи коапи

СП

со

Од

5

ника 1, размещенную внутри испарителя 3, охлаждается за счет отвода тепла хладагентом и, переливаясь через край обечайки 5, поступает в зону еек}щи 11 теплообменника 1. Образовавшиеся гидраты осаждаются на перфорированной перегородке 10. После заполнения зоны секции 11 гидратами в последнюю подают охлаждаемую жидкость. Происходит теплообмен между жидкостью и гидратами. Температура жидкости понижается. Дальнейшее охлаждение жидкости происходит в секции 12 теплообменника 1 за счет теплообмена между этой жидкостью и хладагентом в испарителе 3. 2 ил.

Изобретение относится к холодильной технике, а именно к устройствам для периодического охлаждения жидкости. Целью изобретения является снижение энергозатрат. Аккумулятор 2 заполняют аккумулирующим веществом, способным образовывать гидраты. Для аккумуляции холода включают перемешивающее приспособление 4 и компрессор 13. Хладагент поступает в змеевиковый испаритель 3, размещенный внутри обечайки 5, где происходит теплообмен с аккумулирующим веществом. Аккумулирующее вещество под воздействием перемешивающего приспособления 4, двигаясь через зону секции 12 теплообменника 1, размещенную внутри испарителя 3, охлаждается за счет отвода тепла хладагентом и, переливаясь через край обечайки 5, поступает в зону секции 11 теплообменника 1. Образовавшиеся гидраты осаждаются на перфорированной перегородке 10. После заполнения зоны секции 11 гидратами в последнюю подают охлаждаемую жидкость. Происходит теплообмен между жидкостью и гидратами. Температура жидкости понижается. Дальнейшее охлаждение жидкости происходит в секции 12 теплообменника 1 за счет теплообмена между этой жидкостью и хладагентом в испарителе 3. 2 ил.

Изобретение относится к холодильной технике, а именно к устройствам для переодического охлаждения жидкости.

Целью изобретения является снижение энергозатрат устройства.

На фиг. 1 изображено устройство для охлаждения жидкости с нижним рас- тюложением перемешивающего приспособления, общий вид; на фиг. 2 - то же, с верхним расположением перемешивающего приспособления, общий вид.

Устройство содержит теплообменник 1, аккумулятор 2 холода, холодильную машину со змеевиковым испарителем 3. Аккумулятор 2 снабжен перемешивающим приспособлением Д, обе- чайкой 5, коаксиально установленной в аккумуляторе 2 с образованием кольцевого зазора 6 между их стенками и торцевых зазоров 7 между крьш1кой 8 и днищем 9, и перфорированной перегородкой 10 прикрепленной к стенке корпуса аккумулятора 2 и к одному из тор торцов обечайки 5. Внутри обечайки 5 размещен испаритель 3 холодильной машины. При этом теплообменник 1 состо- ит из двух секций 11 и 12, выполненных в виде змеевика, ,одна из которых (секция 11) расположена в кольцевом зазоре 6 между стенками аккумулятора 2 и обечайки 5, а другая (секция 12) внутри испарителя 3. Перфорированная перегородка 10 и перемешивающее приспособление 4 размещены в зоне соединения секций 11 и 12 теплообменника 1 .

Холодильная машина устройства для охлаждения жидкости содержит компрессор 13, конденсатор 14, присоединен- ньш через вентиль 15 к входу в змее- виковый испаритель 3.

В зависимости от свойств используемого аккумулирующего вещества перемешивающее приспособление 4 может быть установленно или в верхней част

.

35

2025

Q-.Q .

50

55

аккумулятора 2 (фиг. 1), или в его нижней части (фиг. 2).

Устройство работает следующим образом.

Аккумулятор 2 заполняют аккумулирующим веществом, использующим скрытую теплоту фазовых превращений. В качестве таких веществ могут использоваться эвтектические и переэвтектические смеси, кристаллогидраты солей, гидраты различных жидкостей, т.е. материалы на основе фазового перехода кристаллизация-плавление. При - определенных гидродинамических условиях кристаллы данных материалов в процессе аккумуляции холода могут образовываться в объеме, а не на теп- лообменной поверхности,как, нагфимер, лед. Например, для охлаждения молока могут быть использованы следующие вещества:

растворы солей LiClO j (1 8,1 С; теплота плавления Д Н- 253 кДж/кг), . 10H2.0/NaCl/, ( 13°С;ЛК 180 кДж/кг);

полуклатраты: (СфНа) NCH O-32Н2.0 (tn 12,5°С;ЛН 1.84 кДж/кг), j(,)NCHjC02-32H2 0 (±л ЛН i 209 кДж/кг);

гидраты хладона II: CClaF 17H;gO (t,, В. &Н 274 кДж/кг); хладона 21 : CHC12.F (-tpft 8,7 С;АН 270 кДж/кг); хлористого этила: 17 (tn, 4,8°(;; &Н 289 кДж/кг) и другие.

В период между поступлением охлаждаемой жидкости при отсутствии тепловой нагрузки на секции 11 и 12 теплообменника 1 производят аккумуляцию холода. Для этого включают компрессор 13, Хладагент из конденсатора 14 через регулирующий вентиль 15 поступает в испаритель 3, где кипит при температуре, например, 1. С и, испаряясь, отсасывается компрессором 13. Одновременно с компрессором 13 включают

перемешивающее приспособление 4, например, турбинного типа.

Аккумулирующее вещество в расплавленном состоянии или его составные части, например вода и хладон R 11, перемешиваются между собой и за счет аксиального движения вдоль оси аккумулятора 2, создаваемого перемешивающим приспособлением 4, образующаяся смесь поступает из нижней части ак1гу- мулятора 2 в зону секции 12, где охлаждается за счет отвода теплоты кипящим хладагентом, и далее, переливаясь через верхнюю часть обечайки 5, поступает в зону секции 11 теплообменника 1 (фиг. 1). Циркулирующая смесь води и R 11 охлаждается на 2-4°С ниже равновесной температуры гидратообра- зования, равной 8,5°С, благодаря эф- фективному теплообмену смеси с секцией 12 за счет турбулизации потока . перемешивающим приспособлением 4. Лри этом R 11,и вода вступают в реакцию образовывая гидраты, с выделением скрытой теплоты гидратообразования, отводимой кипящим хладагентом, в испарителе 3. Гидратная суспензия (смес воды, R 11 и гидратов), увлекаемая восходящим потоком, поступает в зону секции 11 теплообменника 1, при этом гидраты осаждаются на перфорированной перегородке 10, так как плотность гидратов R 11 (дисперсная фаза) больше плотности воды (дисперсная среда), а непрореагировавшая смесь R 11 и воды снова поступает в зону секции 12. Постепенно вся зона секции 11 заполняется гидратами.

В период поступления охлаждаемой жидкости, например молока, она подается по трубопроводу в секцию 11 теплообменника 1, контактирующую с образовавшимися гидратами. Так как температура поступившей жидкости состав- ляет 30-ЗЬ°С, а авновесная температура существования гидратов R 11 в аккумуляторе 2 8,, то происходит охлаждение жидкости, например, до температуры 15 С за счет отнимаемой от нее теплоты, идущей на плавление гидратов. Из секции 11 молоко с температурой поступает в секцию 12 теплообменника 1. При этом включают компрессор 13,который по трубопроводу отсасьшает пары хладагента, кипящего при температуре, например, 1°С в испарителе 3. Поступающее в секцию 12 молоко охлаждается кипя

0 5 о

Q с 0

5

щим хладагентом до необходимой конечной температуры, например 5 С и далее по трубопроводу подается на хранение или транспортировку.

При использовании аккумулирующих веществ, в которых плотность дисперсной фазы, например гидратов хлористого этила, меньше плотности дисперсионной среды, например воды, -пользуются устройством с перемешивающим приспособлением, размещенным в верхней части аккумулятора 2 (фиг, 2).

При зарядке аккумулятора 2 вода и хлористый этил перемешиваются перемешивающим приспособлением 4 и образовавшаяся смесь нагнетается из верхней части аккумулятора 2 в зону секции 12 теплообменника 1, где охлаждается кипящим в испарителе 3 хладагентом ниже равновесной температуры гидратообразования, равной 4,8 с. При этом образ тотся гидраты, которые поступают в зону секции 11 теплообменника 1 и накапливаются в верхней части аккумулятора 2 за счет разности плотностей гидратов и воды.

В период охлаждения жидкости перемешивающее приспособление 4 не работает или работает периодически с целью перемешивания плавящегося аккумулирующего вещества в зоне секции 11 теплообменника 1.

При неравномерной подаче охлаждаемой жидкости в период минимального ее расхода производят одновременно аккумуляцию холода и охлаждение жидкости, при этом постоянно работают как компрессор 13, так и перемешивающее приспособление 4.

Разделение теплообменника 1 охлаждаемой жидкости на секции 11 и 12, конструкция испарителя 3 и секции 12, а также их компановка в аккумуляторе

2совместно с обечайкой 5 и перфорированной перегородкой 10- позволяет:

отделить зону кристаллизации аккумулирующего вещества от зоны плавления, что предотвращает возможность образования намороженного слоя аккумулирующего вещества на испарителе

3холодильной машины и, тем самьм, увеличить его термическое сопротивление, колебания температуры кипения хладагента и снизить холодопроизводи- тельность холодильной машины, что позволяет снизить энергозатраты;

использовать испаритель 3 холодильной машины как дпя аккумуляции холо|Да, так и для непосредственного ох- |лаждения жидкости при периодическом ее поступлении, что позволяет увеличить коэффициент рабочего времени холодильной машины до 70-80%, сократить установочную мощность холодильного оборудования и капэатраты на 5-15%;

осуществить предварительное охлаж дение в секции 11 при поступлении жикости с высокой температурой в теплообменник 1, что повышает энергетический КПД охладителя на 30-40%.

Размещение теплообменника 1 для о лаждения жидкости непосредственно в аккумуляторе 2 холода позволяет:

уменьшить габаритные размеры устройства для охлаждения и тем самым капитальные затраты на теплоизоляцию на 5-15%;

сократить затраты электроэнергии на перекачку теплоносителя в период охлаждения жидкости и организацию эффективного тепломассообмена в акку муляторе 2 в период зарядки на 10зох.

Использование в устройстве для охлаждения жидкости в качестве аккумулирующего вещества гидратов различных жидкостей и газов дает ряд существенных преимуществ:

7VAOCAA X;W O

12 3

Вход ох лаждаемой жидкости

тецлота плавления гидратов 230 - А20 кДж/кг;

скорость образования и плавления гидратов в 2-9 раз больше, чем у льда.

Формула изобр

е т е н и я

7 б

Устройство для охлаждения жидкости, включающее теплообменник аккумулятор холода, холодильную машину со змеевиковым испарителем, о т л и- чающееся тем, что, с целью снижения энергозатрат, аккумулятор снабжен перемешивающим приспособлением, обечайкой, коаксиально установленной в аккумуляторе с образованием кольцевого зазора между их стенками и торцовых зазоров между крышкой и днищем аккумулятора, а также перфорированной перегородкой, прикрепленной к стенке корпуса аккумулятора и к одному из торцов обечайки, при этом испаритель холодильной машины размещен внутри обечайки, а теплообменник состоит из двух секций, выполненных в виде змеевика, одна из которых расположена в кольцевом зазоре, а другая внутри испарителя холодильной машины, при этом перфорированная пере-с городка и перемешивающее приспособление размещены в зоне соединения секций теплообменника.

15