SU1749649A1

SU1749649A1 - Freezing chamber

Info

Publication number: SU1749649A1
Application number: SU904899242A
Authority: SU
Inventors: Иван Сергеевич Игнашкин; Владимир Васильевич Сажиенко
Original assignee: Государственный Региональный Межотраслевой Научно-Технический Производственный Концерн "Припять"
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 1992-07-23

Abstract

Использование: относитс к холодильной технике и, в частности, предназначено дл охлаждени или замораживани пищевых и других видов продуктов в бытовых и производственных услови х. Сущность изобретени заключаетс в том, что морозильна камера включает климатическую камеру 1 и дроссельно-холодильный агрегат 25. В климатической камере 1 установлена плита охлаждени 3. Дроссельно-холодильный агрегат 25 содержит два попеременно заполн емых баллона 17 и 18, компрессор 9, дроссельное устройство, содержащее из камер высокого 45 и низкого 49 давлений, соединенных между собой отверстием, в котором размещена подпружиненна игла 46 переменного сечени . В камере низкого давлени 49 размещен теплообменник, через который газ из баллонов 17,18 подаетс к камере высокого давлени 45. Камера низкого давлени 49 соединена с плитой охлаждени 3. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.Use: relates to refrigeration engineering and, in particular, is intended for cooling or freezing food and other types of products in household and working conditions. The essence of the invention is that the freezer includes climate chamber 1 and throttle-cooling unit 25. Climate chamber 1 is equipped with a cooling plate 3. Throttle-cooling unit 25 contains two alternately filled cylinders 17 and 18, a compressor 9, a throttle device, containing from chambers high 45 and low 49 pressures interconnected by a hole in which a spring-loaded needle 46 of variable section is placed. A heat exchanger is placed in the low pressure chamber 49 through which gas from the cylinders 17.18 is supplied to the high pressure chamber 45. The low pressure chamber 49 is connected to the cooling plate 3. 1 Cp. f-ly, 2 ill.

Description

Изобретение относится к холодильной технике и. в частности, предназначено для охлаждения или замораживания пищевых и других видов продуктов в бытовых и производственных условиях.The invention relates to refrigeration and in particular, it is intended for cooling or freezing food and other types of products in domestic and industrial conditions.

Охлаждение и замораживание продуктовобеспечивается, в основном, с помощью фреоновых холодильников. В связи с усугублением экологической обстановки и, в частности, с загрязнением окружающей среды выбросами фторхлоруглеродными газами (фреонами) возникает необходимость замены фреона в холодильниках на экологически чистый продукт, например сжатый азот. Необходимость замены фреона на экологически чистые вещества диктуется также международными соглашениями. Одним из вариантов, обеспечивающих замену фреона, является использование дроссель-эффекта Джоуля-Томпсона.Cooling and freezing of products is provided mainly with the help of freon refrigerators. In connection with the aggravation of the ecological situation and, in particular, with environmental pollution by emissions of fluorocarbon gases (freons), it becomes necessary to replace freon in refrigerators with an environmentally friendly product, for example, compressed nitrogen. The need to replace freon with environmentally friendly substances is also dictated by international agreements. One of the options for replacing freon is to use the Joule-Thompson choke effect.

Известны конструкции холодильных устройств, использующих эффект ДжоуляТомпсона, например холодильная установка, содержащая климатическую каМеру с охлаждаемыми Изделиями и циркуляционным трубопроводом рабочей среды, внутри которого размещены вентилятор и охлаждающий змеевик. Змеевик подключен к входу магистрали сжатого воздуха при помощи высоконапорной ветви рекуперативного противоточного теплообменника и дроссельного вентиля, а на выходе - к низконапорной ветви.Known designs of refrigeration devices using the Joule-Thompson effect, for example, a refrigeration unit containing a climatic chamber with cooled Products and a circulation pipe of the working medium, inside which a fan and a cooling coil are placed. The coil is connected to the inlet of the compressed air line using a high-pressure branch of a regenerative countercurrent heat exchanger and a throttle valve, and at the outlet to a low-pressure branch.

Недостатками данного устройства являются относительно низкий КПД использования холодного потока из-за сбрасывания его в атмосферу, а также ограниченное применение из-за необходимости иметь стационарную развязку сети высокого давления со стационарным компрессором.The disadvantages of this device are the relatively low efficiency of the use of cold flow due to its discharge into the atmosphere, as well as the limited use due to the need to have a stationary isolation of the high pressure network with a stationary compressor.

Наиболее близким к предлагаемому по достигаемому эффекту является криогенный охладитель, использующий эффект Джоуля-Томпсона и содержащий климатическую камеру и систему охлаждения, в которую входит компрессор, дроссельное устройство, соединяющее камеры высокого и низкого давлений. Выходной патрубок охладителя соединен с входным патрубком компрессора, выходной патрубок которого соединен с входным патрубком охладителя.Closest to the proposed effect achieved is a cryogenic cooler using the Joule-Thompson effect and containing a climate chamber and a cooling system, which includes a compressor, a throttle device connecting the high and low pressure chambers. The outlet pipe of the cooler is connected to the inlet pipe of the compressor, the outlet pipe of which is connected to the inlet pipe of the cooler.

Недостатком данной конструкции является относительно низкий КПД использования холодообразования эффекта Джоуля-Томпсона. Это связано с тем, что теплота сжатия недостаточно полно отводится в окружающую среду и поэтому имеют место непроизводительные затраты энергии на холодообразование.The disadvantage of this design is the relatively low efficiency of the use of cold formation of the Joule-Thompson effect. This is due to the fact that the heat of compression is not completely removed to the environment and therefore there are unproductive energy costs for cold formation.

Целью изобретения является повышения КПД холодообразования.The aim of the invention is to increase the efficiency of cold formation.

Поставленная цель достигается тем, что в морозильной камере, включающей климатическую камеру и систему охлаждения, в которую входят компрессор, дроссельное устройство, соединяющее камеры высокого и низкого давления, и охлаждающий узел, система охлаждения включает два одинаковых по объему баллона, параллельно включенных в систему, один из которых заполнен сжатым газом, а другой - пустой, каждый из баллонов имеет входной и выходной электропневмоклапаны, входы баллонов соединены через компрессор и фильтр с охлаждающим узлом, а выходы через теплообменник - с камерой высокого давления, при этом теплообменник размещен в камере низкого давления, которая соединена с входом охлаждающего узла климатической камеры. Охлаждающий узел выполнен в виде алюминиевой плиты с медными трубками внутри нее.This goal is achieved by the fact that in the freezer, which includes the climate chamber and the cooling system, which includes a compressor, a throttle device connecting the high and low pressure chambers, and a cooling unit, the cooling system includes two cylinders of the same volume, connected in parallel to the system, one of which is filled with compressed gas, and the other is empty, each of the cylinders has inlet and outlet electro-pneumatic valves, the cylinder inlets are connected through a compressor and filter to the cooling unit, and the exits through the heat exchanger - with a high-pressure chamber, while the heat exchanger is placed in a low-pressure chamber, which is connected to the inlet of the cooling unit of the climate chamber. The cooling unit is made in the form of an aluminum plate with copper tubes inside it.

Наличие в системе охлаждения параллельно включенных двух баллонов при попеременной их работе: один - для подачи сжатого газа, а другой - для приема отработавшего газа, позволяет выполнить систему охлаждения абсолютной герметизированной.The presence of two cylinders in parallel in the cooling system during their alternate operation: one for supplying compressed gas, and the other for receiving exhaust gas, makes it possible to carry out an absolutely sealed cooling system.

Укомплектование баллонов входными и выходными электропневмоклапанами при непременном наличии измерительных систем обеспечивает длительную нормальную работу морозильной камеры.Equipping the cylinders with inlet and outlet electro-pneumatic valves with the indispensable presence of measuring systems ensures long-term normal operation of the freezer.

Соединение входов баллонов с охлаждающим узлом, а выхода через теплообменник - с камерой высокого давления обеспечивает работоспособность пневмосхемы системы охлаждения.The connection of the cylinder inlets with the cooling unit, and the outlet through the heat exchanger with the high-pressure chamber ensures the operation of the pneumatic circuit of the cooling system.

Установка компрессора на входной магистрали (к баллонам) обеспечивает более равномерную подачу газа на дроссельное устройство,Installing a compressor on the inlet line (to the cylinders) provides a more uniform gas supply to the throttle device,

Размещение теплообменника в камере низкого давления (и низких температур) повышает КПД камеры за счет дополнительного предварительного охлаждения газа, поступающего на дроссельноч устройство.Placing the heat exchanger in a low-pressure chamber (and low temperatures) increases the efficiency of the chamber due to additional preliminary cooling of the gas entering the throttle device.

Выполнение охлаждающего узла в виде алюминиевой плиты с медными трубками внутри нее обеспечивает дополнительное увеличение КПД камеры за счет лучшей теплопередачи между теплообменником и окружающим газом.The implementation of the cooling unit in the form of an aluminum plate with copper tubes inside it provides an additional increase in the efficiency of the chamber due to better heat transfer between the heat exchanger and the surrounding gas.

На фиг. 1 изображена принципиальная смеха морозильной камеры; на фиг. 2 - конструктивная схема холодильной плиты.In FIG. 1 shows the principal laugh of the freezer; in FIG. 2 is a structural diagram of a refrigerating plate.

Предлагаемая морозильная камера содержит камеру 1 с термоизоляцией 2, Внут ри камеры размещен охлаждающий узел 3 (плита охлаждения), выполненный литым с размещением внутри него медных труб, состоящих из коллекторов 4 и 5, радиаторов 6, входного 7 и выходного 8 патрубков, связанных пневмосистемой, состоящей из компрессора 9, нагнетающего трубопровода 10, датчиков 11 давления, коллектора 12, отсечных электропневмоклапанов (ЭПК) 13 и 14, входных патрубков 15 и 16, накопителей (баллонов) 17 и 18 сжатого газа. Выходные патрубки 19 и 20 связаны с выходными ЭПК 21 и 22, которые связаны между собой коллектором 23. Упомянутый коллектор трубопроводом 24 связан с дроссельно-холодильным узлом 25.The proposed freezer contains a chamber 1 with thermal insulation 2, inside the chamber there is a cooling unit 3 (cooling plate), cast made with copper pipes inside, consisting of collectors 4 and 5, radiators 6, input 7 and output 8 pipes connected by a pneumatic system consisting of a compressor 9, an injection pipe 10, pressure sensors 11, a manifold 12, shut-off electro-pneumatic valves (EPCs) 13 and 14, inlet pipes 15 and 16, accumulators (cylinders) 17 and 18 of compressed gas. The outlet pipes 19 and 20 are connected to the output EPAs 21 and 22, which are connected to each other by the collector 23. The mentioned collector is connected by a pipe 24 to the throttle-cooling unit 25.

На штуцере 26 входной трубопровод разветвляется, как минимум, на четыре ветви 27-30, каждая из которых образует плоские спирали 31-34 противоточного теплообменника. Каждая спираль разделена дисками 35-38. На дисках имеются радиальные выступы, за счет которых между дисками и плоскостями спиралей образуются зазоры. Свободная центральная зона дисков и спиралей занята чувствительным элементом 39 (сильфоном), в дно которого упирается пружина 40. Сила пружины регулируется винтом 41 через опору 42. Выходные концы спиральных трубопроводов собраны в штуцере 43 и соединены с выходным трубопроводом 44 подачи высокого давления в камеру 45 дросселирующей иглыAt the fitting 26, the inlet pipe branches at least into four branches 27-30, each of which forms flat spirals 31-34 of the counterflow heat exchanger. Each spiral is divided by disks 35-38. There are radial protrusions on the disks, due to which gaps are formed between the disks and the planes of the spirals. The free central zone of the disks and spirals is occupied by a sensitive element 39 (bellows), the spring 40 abuts against the bottom. The spring force is regulated by a screw 41 through a support 42. The output ends of the spiral pipelines are assembled in the fitting 43 and connected to the output pipe 44 for supplying high pressure to the chamber 45 throttle needle

46. поджатой пружиной 47. Конический участок иглы имеет дросселирующие канавки 48 для истечения сжатого под высоким давлением газа в полость 49 низкого давления. Полость низкого давления связана трубопроводом 50 с входным штуцером плиты 3 Охлаждения, размещенной внутри морозильной камеры.46. Preloaded by spring 47. The conical needle portion has throttling grooves 48 for the outflow of high-pressure gas compressed into the low-pressure cavity 49. The low pressure cavity is connected by a pipe 50 to the inlet fitting of the Cooling plate 3 located inside the freezer.

Морозильная камера работает следующим образом.The freezer operates as follows.

Для нормальной работы пневмосистема заполняется азотом до давления 15 кгс/см². В компрессоре 9 должна быть смазка. Включается компрессор 9, и сжатый азот откачивается из плиты 3 охлаждения, трубопровода 50 и камеры 49 низкого давления.For normal operation, the pneumatic system is filled with nitrogen to a pressure of 15 kgf / cm ² . Compressor 9 must be lubricated. The compressor 9 is turned on, and the compressed nitrogen is pumped out from the cooling plate 3, the pipeline 50 and the low-pressure chamber 49.

Нагнетание сжатого азота до исходного давления пуска холодильного агрегата 25 обеспечивается путем предварительного нагнетания сжатого азота по трубопроводу 10 через коллектор 12, открытый ЭПК 13, патрубок 15 в накопитель 17 (баллон). При достижении исходного давления пуска с помощью датчика 11 давления, стоящего на патрубке 15, открывается ЭПК 21 и сжатый азот через патрубок 19 и трубопровод 24 поступает на коллектор 26, где распределяется по ветвям 27-30 плоских спиральных трубопроводов 31-33, коллектор 43 обеспечивается трубопроводом 44 с полостью 45 высокого давления, в которой размещена дросселирующая игла 46, поджатая пружиной 47. Для пуска дроссельно-холодильного устройства (агрегата) в работу необходимо нагрузить пружину 40 винтом 41 через опору 42. В результате нагрузки дроссельная игла 46 оторвется от герметизирующей поверхности, что приведет к образованию дросселирующих проточных каналов 48, и сжатый азот будет поступать в полость 49 дроссельно-холодильного агрегата. Давление сжатого азота в полости 49 чувствительный элемент 39 перемещается вверх, в результате чего сечение дросселирующих каналов уменьшается, так как дроссельная игла также переместится вверх. При достижении равновесного состояния,’ определяемого нагрузкой пружины с помощью нагрузочного винта 41, устанавливается требуемый перепад давления на дросселирующей игле. Перепад давления обеспечивает холодообразование в камере низкого давления исходя из эффекта Джоуля-Томпсона. Холодный поток сжатого азота омывает плоские спиральные трубопроводы, охлаждая тем самым сжатый азот высокого давления, проходящий внутри них, на дросселировании, что обеспечивает более высокое охлаждение газа, поступающего в камеру 39 низкого давления. Охлажденный газ низкого давления из полости 49 по трубопроводу 50 через входной патрубок 7 поступает в плиту 3, отбирает тепло из рабочей камеры 1 и отработанный через выходной патрубок 8, компрессор 9, выходной трубопровод 10 при открытом ЭПК 14 и патрубок 16 поступает в баллон 18. Цикл дросселирования от баллона 17 и заполнения баллона 18 с помощью компрессора 9 определяется настройкой датчиков 11 давления переключением ЭПК 13, 14, 21 и 24. Таким образом идет попеременное опорожнение и наполнение баллонов сжатым, азотом и обеспечение непрерывного дросселирования сжатого азота в дроссельно-холодильном агрегате. Процесс длится до создания в рабочей камере требуемой отрицательной температуры. По достижении требуемой температуры работа холодильной системы прекращается. Это обеспечивает датчик температуры, размещенный в рабочем объеме морозильной камеры.The injection of compressed nitrogen to the initial start-up pressure of the refrigeration unit 25 is ensured by pre-injection of compressed nitrogen through a pipe 10 through a collector 12, an open EPK 13, a pipe 15 into a reservoir 17 (balloon). When the starting start pressure is reached using the pressure sensor 11 located on the nozzle 15, the EPA 21 opens and the compressed nitrogen through the nozzle 19 and the pipe 24 enters the manifold 26, where it is distributed along the branches 27-30 of flat spiral pipelines 31-33, the collector 43 is provided pipeline 44 with a high-pressure cavity 45, in which a throttling needle 46 is placed, preloaded by a spring 47. To start the throttle-cooling device (unit), it is necessary to load the spring 40 with the screw 41 through the support 42. As a result of the load, the throttle the needle 46 will tear off the sealing surface, which will lead to the formation of throttling flow channels 48, and compressed nitrogen will enter the cavity 49 of the throttle-refrigeration unit. The pressure of compressed nitrogen in the cavity 49 of the sensing element 39 moves up, as a result of which the cross section of the throttling channels decreases, since the throttle needle also moves up. Upon reaching the equilibrium state ’determined by the load of the spring with the load screw 41, the required pressure drop across the throttle needle is established. The pressure drop provides cold formation in the low-pressure chamber based on the Joule-Thompson effect. A cold stream of compressed nitrogen washes the flat spiral pipelines, thereby cooling the high-pressure compressed nitrogen passing inside them by throttling, which provides higher cooling of the gas entering the low pressure chamber 39. Cooled low-pressure gas from the cavity 49 through the pipeline 50 through the inlet pipe 7 enters the stove 3, removes heat from the working chamber 1 and exhausted through the outlet pipe 8, the compressor 9, the outlet pipe 10 with the EPA 14 open and the pipe 16 enters the cylinder 18. The throttling cycle from the cylinder 17 and filling the cylinder 18 with the help of the compressor 9 is determined by adjusting the pressure sensors 11 by switching the EPA 13, 14, 21 and 24. Thus, the cylinders are alternately emptied and filled with compressed, nitrogen and continuous throttle of compressed nitrogen in the throttle-refrigeration unit. The process lasts until the required negative temperature is created in the working chamber. Upon reaching the required temperature, the operation of the refrigeration system is terminated. This provides a temperature sensor located in the working volume of the freezer.

Основным техническим преимуществом заявляемой камеры по сравнению с прототипом является более высокий КПД холодообразования а рабочей камере при охлаждении пищевых или других видов продукции с компрессором постоянной производительности.The main technical advantage of the claimed chamber in comparison with the prototype is a higher efficiency of cold formation in the working chamber when cooling food or other types of products with a compressor of constant performance.

Claims

Claim

1. A freezer, including a climate chamber and a cooling system with a compressor, a throttle device connecting. high and low pressure chambers, and a cooling unit, characterized in that, in order to increase the efficiency of cold formation, the cooling system additionally includes two cylinders of the same volume, connected in parallel to the system, each of the cylinders is equipped with inlet and outlet electro-pneumatic valves, the cylinder inlets are connected through a compressor and an additionally installed filter with a cooling unit, and the exits through an additionally installed heat exchanger with a high-pressure chamber, the heat exchanger being placed in the chamber low pressure, which is connected to the inlet 10 of the cooling unit.

2. The chamber according to claim 1, with the fact that the cooling unit is made in the form of an aluminum plate with copper tubes located inside it, g "