Устройство для охлаждения жидкости Советский патент 1992 года по МПК F25D3/00 A23C3/04 

СО

С

Использование: в холодильной технике при охлаждении жидкостей, расход которых изменяется во времени. Сущность изобретения: устройство содержит аккумулятор холода, включающий герметичную емкость с гидратообразующим веществом, установленную в ней обечайку, змеевиковый теплообменник, одна секция которого установлена в кольцевом зазоре между обечайкой и стенкой емкости, а другая внутри испарителя холодильной машины, размещенного внутри обечайки. Устройство содержит дополнительную перфорированную обечайку, расположенную в кольцевом зазоре, и перфорированную перегородку, укрепленную над днищем емкости и прикрепленную к обечайке и к стенкам емкости. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к холодильной технике, а именно к устройствам для охлаждения жидкостей, расход которых изменяется во времени.

Известно охлаждающее устройство, включающее льдоаккумулирующую емкость с трубопроводами, холодильную машину, насос, охладитель продукта. В период зарядки льдоаккумулирующей емкости жидкий холодильный агент кипит в трубах, в результате чего на их наружной поверхности образуется слой льда, а пары холодильного агента откачиваются компрессором холодильной машины и нагнетаются в конденсатор. По достижении требуемой толщины, соответствующей расчетной массе льда, компрессор останавливают. В процессе снятия нагрузки отепленная вода из охладителя продукта (например молока) подается в межтрубное пространство льдоаккумулирующей емкости, где от нее отводится тепло

к плавящемуся льду и кипящему внутри труб хладагенту.

Недостатком известного устройства является неэкономичность при его работе, связанная с необходимостью понижать температуру кипения холоди льного агента в трубах льдоаккумулирующей емкости по мере накопления льда на их поверхности из-за термического сопротивления слоя льда.

Известно устройство для охлаждения продуктов, содержащее аккумулятор холода, включающий герметичную емкость с аккумулирующим веществом, использующим скрытую теплоту фазовых превращений жидкая j твердая фазы в объеме жидкости, обечайку, коаксиально установленную в емкости, с образованием кольцевого зазора между их стенками и торцевых зазоров между крышкой и днищем емкости, холодильную машину со змеевиковым испарителем, размещенным внутри обечайки,

vj

ON 00

00

ю

го

змеевиковый двухсекционный теплообменник, одна секция которого установлена в кольцевом зазоре, а другая внутри испарителя холодильной машины, перфорированную перегородку, прикрепленную к стенке емкости аккумулятора и к одному из торцов обечайки.

Недостатком известного устройства является низкая экономичность, обусловленная тем, что в нем, в зазоре между наружной поверхностью обечайки и корпусом аккумулятора невозможно накопить достаточно большое количество твердой фазы (гидратов), т.к. количество накопленной твердой фазы определяется возможностью твердой фазы, накопленной над перфорированной перегородкой, фильтровать через себя жидкую фазу, при увеличении слоя твердой фазы над перфорированной перегородкой повышается гидравлическое сопротивление его и перемешивающее приспособление не может обеспечить интенсивное перемешивание жидкой фазы внутри обечайки, т.е. интенсивность циркуляции жидкой фазы уменьшается и в конце циркуляция затухает, т.е. при работе устройства процесс накопления твердой фазы прекращается. Обычно при возрастании толщины гидратного слоя свыше 70-120 мм сопротивление его начинает интенсивно возрастать и устройство начинает работать неустойчиво. То есть устройство работает при накоплении только 7-10% твердой массы, что, в конечном счете, отражается на аккумулирующей способности устройства для повышения которой приходится устанавливать дополнительное количество аккумуляторов, а это все отрицательно сказывается на экономичности устройства и усложняет схему. Кроме того, в период разрядки затруднена циркуляция жидкой фазы через уплотненный слой слежавшейся гид- ратной массы, что также отрицательно сказывается на работе устройства.

Целью изобретения является интенсификация теплообмена и повышение надежности работы.

На фиг.1 представлено устройство для охлаждения жидкости; на фиг. 2, 3 - узел I на фиг.1.

Устройство содержит аккумулятор холода, включающий герметичную емкость с боковой стенкой 1, крышкой 2 и днищем 3, заполненную гидратообразующим веществом, обечайку 4, коаксиально установленную в емкости с образованием кольцевого зазора 5 между их стенками и торцевых зазоров 6, 7 между крышкой 2 и днищем 3 емкости, перфорированную перегородку 8, прикрепленную к стенке 1 емкости аккумулятора и к одному из торцов обечайки 4. Также устройство содержит холодильную машину, включающую компрессор 9, конденсатор 10, дросселирующее приспособление 11 и змеевиковый испаритель 12, размещенный внутри обечайки 4.

В емкости установлен двухсекционный змеевиковый теплообменник, одна секция 13 которого установлена в кольцевом зазо0 ре 5, а другая секция 14 расположена внутри испарителя 12 холодильной машины

Устройство снабжено дополнительной обечайкой 15, выполненной перфорированной и установленной в емкости аккумулято5 ра между ее боковой стенкой 1 и первой секцией 13 теплообменника. При этом дополнительная обечайка 15 одним концом закреплена на перфорированной перегородке 8, а другим имеет контакт с торцевой

0 стенкой (крышкой 2) емкости.

Секция 13 теплообменника, расположенная в кольцевом зазоре, торцевой частью закреплена на перфорированной перегородке 8 с образованием теплового

5 контакта с ней. Торцевая стенка (крышка 2) емкости аккумулятора в зоне контакта с дополнительной обечайкой 15 выполнена с направляющими, которые могут иметь вид закрепленного к крышке 2 кольца 16 (фиг.2)

0 или выполненной на крышке 2 канавки 17 (фиг.З). Устройство содержит перемешивающее приспособление 18. Это обеспечивает центровку установки обечайки 15, исключая смещение ее относительно оси

5 емкости, так как последнее может привести к ухудшению условий циркуляции жидкости через слой твердой фазы в процессе работы устройства.

Устройство позволяет применять акку0 мулирующие вещества, у которых плотность дисперсной фазы больше плотности дисперсной среды (аккумулятор устанавливают крышкой 2 вниз, а днищем 3 вверх), и аккумулирующие вещества, у которых плотность

5 дисперсной фазы, например гидраты хлористого этила, меньше плотности дисперсной среды, например воды, для чего аккумулятор устанавливают таким образом, чтобы крышка 2 была вверху, а днище 3, соответ0 ственно, внизу.

Устройство работает следующим образом. Емкость аккумулятора за полня ют аккумулирующим тепловую энергию веществом, использующим скрытую теплоту фазовых

5 превращений жидкая + твердая фазы в объеме жидкости. В качестве таких веществ могут использоваться эвтектические и переэвтектические смеси, кристаллогидраты солей, гидраты различных жидкостей, то есть материалы, претерпевающие фазовый переход кристаллизация - плавление. При определенных гидродинамических условиях кристаллы данных материалов в процессе аккумуляции холода могут образовываться в объеме, а не на теплообменной поверхности, как, например, лед.

Для примера рассмотрим работу устройства с использованием в качестве аккумулирующего вещества смеси воды и фреона R11.

В период между поступлением охлаждаемого продукта, при отсутствии тепловой нагрузки на секции 13 и 14 теплообменника, проводят аккумуляцию холода. Для этого включают компрессор 9, Холодильный агент из конденсатора 10 через дросселирующее приспособление 11 поступает в змеевико- вый испаритель 12, где кипит при температуре, например, 1°С и, испаряясь, отсасывается компрессором 9. Одновременно с компрессором 9 включают перемешивающее приспособление 18, например, турбинного типа.

Аккумулирующее вещество перемешивается между собой и за счет аксиального движения вдоль оси емкости аккумулятора холода создаваемого перемешивающим приспособлением 18, образующая смесь поступает из нижней части емкости в зону змеевикового испарителя 12. Циркулирующая смесь воды и фреона R 11 охлаждается на 2-4 градуса ниже равновесной температуры гидратообразования, равной 8,5°С, благодаря эффективному теплообмену смеси со змеевиковым испарителем 12, внутри которого кипит холодильный агент, циркулирующий в контуре холодильной машины, за счеттурбулизации потока перемешивающим приспособлением 18, в результате чего фреон R 11 и вода вступают в реакцию, образуя гидраты, с выделением скрытой теплоты гидратообразования, отводимой кипящим холодильным агентом в испарителе 12. Гидратная суспензия (смесь воды, фреона R 11 и гидраты)увлекаемая потоком, поступает в зону секции 13 теплообменника, при этом гидраты задерживаются перфорированной перегородкой 8 и перфорированной обечайкой 15, а жидкая фаза, состоящая из жидкого фреона R 11 и воды, снова перемешивающим приспособлением 18 подается в зону змеевикового испарителя 12 на рециркуляцию и образование новой порции гидратов. Гидраты, задерживаясь перфорированными перегородкой 8 и обечайкой 15, накапливаются в пространстве между стенками перфорированной обечайки 15 и обечайкой 4, при этом концентрация их в суспензии повышается до 25 - 30%.

В период поступления охлаждаемого продукта, например молока, он подается по трубопроводу в секцию 13 теплообменника, контактирующую с образовавшимися гидратами, одновременно включают компрессор 9 и перемешивающее приспособление 18. Так как температура поступившего продукта составляет 30-35°С, а равновесная температура существования гидратов фрео0 на R 11 в аккумуляторе 8,5°С, то происходит охлаждение продукта, например, до температуры 15°С за счет отнимаемой от него теплоты разложения гидратов на воду и жидкий фреон R 11. Тепловой контакт между

5 торцом секции 13 теплообменника и перфорированной перегородкой 8 создает условия лучшего нагрева перфорированной перегородки и подплавления на ней забивших отверстия гидратов, что способствует

0 уменьшению сопротивления циркуляции жидкости (воды и жидкого фреона R 11) из зоны накопления гидратов. Вода и жидкий фреон R 11 циркулируют че рез перфорацию обечайки 15 и перегородки 8, интенсифици5 руя теплообменника, создавая турбупиза- цию суспензии, состоящей из воды, жидкого агента и гидратов, тем самым интенсифицируя процесс разложения гидратов, то есть интенсифицируя процесс разрядки аккуму0 лятора. Из секции 13, предварительно охлажденный за счет теплоты разложения гидратов, продукт с температурой 15°С поступает в секцию 14 теплообменника, где охлаждается до заданной температуры, на5 пример, 5°С за счет отвода тепла кипящим в испарителе 12 холодильным агентом, пары которого отсасываются компрессором 9, нагнетающим их в конденсатор 10, в котором они сжижаются и через дросселирующее

0 приспособление 11 рециркулируют вновь в испаритель 12. Выходящий из секции 14 теплообменника охлажденный продукт подается на хранение или транспортировку. Устройство может работать с использо5 ванием различных аккумулирующих веществ, у которых плотность твердой фазы больше, либо меньше плотности жидкой фазы, о чем указывалось выше.

Данное техническое решение по срав0 нению с известным позволяет значительно повысить аккумулирующую способность аккумулятора холода путем возможности накапливать большее количество твердой фазы s зоне накопления ее, а циркуляция

5 жидкости в зоне секция 13 через перфорацию стакана интенсифицирует теплообмен между наружной стороной секции 13 теплообменника и охлаждающей средой, состоящей из смеси жидкой и твердой фаз, а также процесс разложения твердой фазы в процессе разрядки аккумулятора, кроме того тепловой контакт между торцом секции 13 теплообменника и перфорированной перегородкой также способствует интенсификации разложения твердой фазы и улучшению условий работы устройства.

Формула изобретения 1. Устройство для охлаждения жидкости, содержащее аккумулятор холода, включающий герметичную емкость с аккумулирующим веществом, использующим скрытую теплоту фазовых превращений жидкая твердая фазы в объеме жидкости, обечайку, коаксиально установленную в емкости с образованием кольцевого зазора между их стенками и торцевых зазоров между крышкой и днищем емкости, холодильную машину со змеевиковым испарителем, размещенным внутри обечайки, змеевико- вый двухсекционный теплообменник, одна секция которого установлена в кольцевом зазоре, а другая внутри испарителя холо13 3

дильной машины, перфорированную перегородку, прикрепленную к стенке емкости аккумулятора и к одному из торцов обечайки, отличающееся тем, что, с целью

интенсификации теплообмена и повышения аккумулирующей способности и надежности в работе, устройство снабжено дополнительной обечайкой, выполненной перфорированной и установленной в емкости аккумулятора между ее боковой стенкой и первой секцией теплообменника, при этом дополнительная обечайка одним концом закреплена на перфорированной перегородке, а другим имеет контакт с торцевой

стенкой емкости, а секция теплообменника, расположенная в кольцевом зазоре, торцевой частью закреплена на перфорированной перегородке с образованием теплового контакта с ней.

фи$.2