Охлаждение транспортного средства для перевозки пищевых продуктов с применением жидкого азота - RU2228495C1

Чертежи

Описание

Предпосылки изобретения

Настоящее изобретение относится к способам и устройству для охлаждения пищевых продуктов, доставляемых транспортным средством в ряд последовательно расположенных мест выгрузки.

Пищевые продукты обычно доставляют в бакалейно-гастрономические магазины грузовиками, которые перевозят такое количество продуктов, которое достаточно для снабжения множества магазинов. Следовательно, такой грузовик поочередно останавливается у каждого из множества магазинов, рабочие каждого магазина входят в грузовик и выгружают нужные количества продуктов.

Некоторые грузовики перевозят пищевые продукты, которые должны поддерживаться охлажденными. Для этого в грузовике имеется система охлаждения, обычно механическая компрессорная система, которая также включает испаритель и конденсатор. Такая система является дорогостоящей и подвержена механическим повреждениям, которые могут сказаться на качестве пищевых продуктов. Кроме того, охлаждающее вещество, циркулирующее в такой системе, может загрязнять атмосферу в случае утечки.

Известны системы охлаждения для автомобилей, в которых в качестве источника холода используется жидкий азот в сочетании с компрессорными системами или вместо них. Однако их недостаток заключается в том, что пространство, охлаждаемое путем прямого введения в него жидкого азота, будет содержать атмосферу, содержащую так много газообразного азота, что она будет непригодной для дыхания и, следовательно, небезопасной для рабочих. Примеры автомобилей-рефрижераторов, использующих жидкий азот, можно найти в патентах США 4060400 и 3464222, а также в советском патенте №1204888.

В патенте США 4060400 описан полуприцеп-рефрижератор, предназначенный для транспортировки замороженных пищевых продуктов на короткие и длинные расстояния. С этой целью полуприцеп оснащен автоматизированным устройством охлаждения, включающим как компрессорную систему, так и криогенную систему. Компрессорная система используется для первичного охлаждения пустого внутреннего пространства трейлера до заданного уровня. В ситуациях, когда компрессорная система неэффективна и требуется дополнительное охлаждение, непосредственно в охлаждаемое пространство впускают жидкий азот. Такое устройство обладает вышеописанными недостатками компрессорных систем. Кроме того, система на основе жидкого азота не может быть использована во время загрузки/разгрузки автомобиля, так как в грузовике образуется атмосфера, не пригодная для дыхания.

В советском патенте №1204888 описана транспортная система охлаждения для транспортировки скоропортящихся продуктов, в которой жидкий азот подается в открытые поддоны, расположенные вдоль внутренних боковых стенок рефрижератора. Жидкий азот испаряется в поддонах, в результате чего холодные испарения газообразного азота выходят их поддонов и заполняют кузов трейлера, охлаждая таким образом транспортируемый груз. В этой системе отсутствуют меры безопасности, обеспечивающие пригодную для дыхания атмосферу и возможность безопасного и эффективного охлаждения при открытых дверях.

В патенте США №3464222 описан транспортный рефрижератор в виде железнодорожного вагона, в котором используется система охлаждения жидким азотом. Жидкий азот пропускается через конструкцию распылительных трубок и одновременно через испарительную конструкцию. При прохождении через испарительную конструкцию жидкий азот превращается в газообразный азот, который используется для приведения в действие вентилятора, подающего воздух в охлаждаемое пространство для поддержания определенного состава заполняющей его среды. Таким образом, когда внутри пространства распыляется жидкий азот, в пространство подается воздух. При этом, однако, все равно имеется серьезная угроза безопасности, так как в охлаждаемом пространстве будет содержаться значительное количество газообразного азота в том случае, когда распыление должно происходить во время загрузки или разгрузки вагона. Если во время загрузки или разгрузки такое распыление не производить, то вагон может нагреться до слишком высокой температуры, что создает угрозу для сохранности продуктов.

Задача заявляемой группы изобретений состоит в создании возможности избирательного охлаждения рефрижераторного транспортного средства. При этом технический результат обеспечивает устранение указанных выше недостатков, присущих известным техническим средствам, и достигается благодаря использованию всех признаков, изложенных в формуле изобретения.

Краткое содержание изобретения

В одном из аспектов данное изобретение относится к способу поддержания определенной температуры в охлаждаемом пространстве транспортного средства для перевозки пищевых продуктов, включающему следующие этапы:

A) охлаждение охлаждаемого пространства до заданной температуры путем распыления жидкого азота внутри пространства;

В) прекращение этапа А);

C) пропускание жидкого азота через теплообменник, проходящий сквозь окно, которое соединяет пространство с окружающим воздухом;

D) запуск вентилятора для нагнетания воздуха через окно и теплообменник в пространство, за счет чего окружающий воздух охлаждается в теплообменнике и вытесняет газообразный азот из пространства, создавая холодную, пригодную для дыхания атмосферу.

В соответствии со вторым аспектом изобретения температура рефрижераторного пространства может быть сначала снижена, а затем может поддерживаться во время погрузки пищевых продуктов за счет работы вентилятора в реверсивном режиме, при котором воздух из охлаждаемого склада втягивается в рефрижераторное пространство, проходит через него и далее выпускается наружу через окно. Азот в это время не расходуется.

В еще одном аспекте данное изобретение относится к рефрижераторному транспортному средству для перевозки охлажденных пищевых продуктов. Транспортное средство включает кузов, образующий охлаждаемое пространство для продуктов, источник жидкого азота, установленный на транспортном средстве, и окно для сообщения пространства с окружающим воздухом, выполненное в стенке транспортного средства. В окне установлен теплообменник, а также имеется вентилятор для нагнетания окружающего воздуха через окно и теплообменник в пространство, за счет чего окружающий воздух охлаждается в теплообменнике. В пространстве размещена система распылителей и имеется система трубопроводов для подачи жидкого азота из источника в систему распылителей и теплообменник. В системе трубопроводов предусмотрена система клапанов, которая может быть избирательно переведена в первое положение, при котором обеспечивается подача жидкого азота в систему распылителей, но не в теплообменник, и во второе положение, при котором обеспечивается подача жидкого азота в теплообменник, но не в систему распылителей.

Краткое описание чертежей

Задачи и преимущества изобретения будут более понятны из дальнейшего подробного описания предпочтительных вариантов его осуществления со ссылками на соответствующие чертежи, где одинаковые цифры обозначают одинаковые элементы и где показаны:

на фиг.1 - трехмерное изображение рефрижераторного транспортного средства по изобретению с частичным вырезом боковой и верхней стенок;

на фиг.2 - вид сбоку распылительной головки, установленной в транспортном средстве, показанном на фиг.1; и

на фиг.3 - сечение части вертикальной передней стенки транспортного средства, а также теплообменник и вентиляционная система, установленные в этой вертикальной стенке.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

На фиг.1 показан грузовик-рефрижератор 10 для перевозки скоропортящихся продуктов. Грузовик содержит кузов или корпус, образованный передней стенкой 12, задней стенкой 14, верхней стенкой 16, полом 18 и боковыми стенками 20, 22, при этом некоторые или все стенки предпочтительно теплоизолированы. В задней стенке 14 имеется дверь 24, обеспечивающая доступ в охлаждаемое пространство кузова грузовика для погрузки или выгрузки продуктов.

Под полом 18 установлен бак 26 для жидкого азота. В альтернативе бак может быть встроен в стенки кузова грузовика. Внутри охлаждаемого пространства установлено множество распылительных головок 30, каждая из которых содержит множество распылительных сопел 31, соединенных с коллектором. Распылительные головки 30 установлены под верхней стенкой 16 и находятся в жидкостном сообщении с баком 26 при помощи главного трубопровода 32 и соответствующих вторичных трубопроводов 34. В каждом вторичном трубопроводе 34 расположен дистанционно управляемый клапан 36 для управления подачей жидкого азота в распылительные головки 30.

Сопла 31 предпочтительно установлены веером и осуществляют распыление во всех горизонтальных направлениях. При этом распылительные головки 30 находятся на некотором горизонтальном расстоянии друг от друга и от вертикальных стенок 12, 14, 20, 24 и размещены вдоль продольной центральной линии вблизи верхней стенки охлаждаемого пространства.

Количество распылительных головок 30 может быть различным в зависимости от длины пространства и от того, разделяется ли пространство на отсеки, как будет описано ниже.

В верхней части пространства находится также испарительная панель 40, соединенная с баком 26 трубопроводом 46. Панель 40 может иметь обычную конструкцию, т.е. состоять из трубопровода или трубчатого змеевика, находящегося в тепловом контакте с обширной поверхностью теплообмена (не показана). Панель закреплена под верхней стенкой 16 с небольшим зазором между ними для обеспечения адекватного теплообмена с атмосферой внутри пространства. Для более эффективной работы теплообменной поверхности панели эта поверхность может быть выполнена перфорированной и/или гофрированной или снабжена специальными покрытиями или традиционно используемыми приспособлениями, предотвращающими оледенение. Дистанционно-управляемый клапан 41 регулирует поток жидкого азота через испаритель.

В передней стенке 12 выполнено окно 42, через которое охлаждаемое пространство сообщается с окружающим воздухом. Окно предпочтительно выполнено с возможностью открывания/закрывания с помощью любой подходящей обычной конструкции, например системы заслонок 43, раздвижной или навесной двери (не показана). В окне 42 установлен теплообменник 44 (фиг.3). Теплообменник 44 имеет обычную конструкцию, например содержит змеевики, по которым может течь жидкий азот. Теплообменник 44 соединен с баком 26 через трубопровод 46, а подачу жидкого азота в теплообменник 44 регулирует дистанционно-управляемый клапан 48.

В окне 42 размещен вентилятор, например лопастной вентилятор 50, для нагнетания окружающего воздуха через окно 42 и теплообменник 44. Если для закрытия окна 42 используется система заслонок, то заслонки могут иметь привод от двигателя или закрываться при помощи пружин, а затем принудительно открываться потоком воздуха.

Как будет показано далее, при работе вентилятора, открытой системе заслонок 43 и пропускании жидкого азота через теплообменник рефрижераторное пространство грузовика может быть очищено от газообразного азота за счет его продувки охлажденным окружающим воздухом, в результате чего внутри пространства образуется атмосфера, которая пригодна для дыхания и имеет температуру, достаточно низкую для того, чтобы поддерживать пищевые продукты хорошо охлажденными.

Во внутреннем пространстве установлены датчики температуры 62 для определения температуры в соответствующих участках этого пространства.

Для регулирования подачи жидкого азота избирательно в распылительные головки 30, испарительную панель 40 и теплообменник 44 имеется главный контроллер 60, который подключен к датчикам 62 и клапанам 36, 41, 48. Контроллер 60 также подключен к двигателями привода вентилятора 50 и системе заслонок 43 (в случае привода двигателем) для того, чтобы при выключенном вентиляторе 50 и зарытом клапане 48 окно 42 было закрытым. Для того, чтобы минимизировать количество жидкого азота, необходимого для охлаждения пространства, желательно, чтобы окно 42 было закрытым, когда охлаждаемое пространство находится в охлажденном состоянии.

Кроме того, может быть предусмотрен выключатель (не показан), реагирующий на открытие/закрытие задней двери 24. Когда дверь открыта, клапаны 36 по причинам безопасности будут автоматически переведены в закрытое состояние.

В случае необходимости рефрижераторное пространство может быть разделено на отдельные отсеки одной или более перегородками 63.

При работе бак 26 заполняют жидким азотом при -196°С. Перед загрузкой грузовика пищевыми продуктами охлаждаемое пространство грузовика предварительно охлаждают путем открытия клапанов 36 в направлении распылительных головок 30, чем обеспечивается распыление жидкого азота внутри охлаждаемое пространства. Жидкий азот испаряется и охлаждает пространство, стенки кузова и все внутренние элементы до желаемой температуры. Это может быть сделано, пока грузовик находится в пути к месту загрузки или ожидает загрузки на месте. По достижении заданной температуры, которая контролируется температурными датчиками 62, клапаны 36 полностью или частично закрывают.

Во время этой операции внутри охлаждаемого пространства образуется атмосфера почти чистого газообразного азота, которая не пригодна для нормального дыхания. Поэтому перед операцией загрузки охлаждаемое пространство должно быть продуто воздухом. Операция продувки выполняется путем открытия клапана 48, пропускающего жидкий азот в теплообменник 44, открытия системы заслонок 43 и двери 24 (или отдельного вентиляционного отверстия) и запуска вентилятора 50.

Таким образом, окружающий воздух нагнетается в охлаждаемое пространство и вытесняет газообразный азот через открытую дверь 24. Важно то, что поступающий окружающий воздух охлаждается при прохождении через теплообменник 44, в результате чего в пространстве поддерживается нужная температура. Во время этой операции температура воздуха в пространстве контролируется датчиками 62, а контроллер 60 обеспечивает регулирование уровня охлаждения поступающего воздуха и предохраняет внутреннее пространство от переохлаждения за счет управления клапаном 48.

Для экономии времени процедура продувки может быть выполнена до прибытия грузовика в место загрузки.

Пищевые продукты загружают после того, когда охлаждаемое пространство заполнится воздухом и будет получена нужная температура. На это время клапан 48 закрывают, вентилятор 50 выключают и открывают клапан 41, обеспечивающий подачу жидкого азота в испаритель 40, который охлаждает внутренний воздух, контактирующий с теплообменными поверхностями испарителя. Во время операции загрузки внутренняя температура контролируется датчиком 62, и контроллер открывает/закрывает клапан 41 по мере необходимости, чем обеспечивается поддержание заданной внутренней температуры.

После загрузки продуктов дверь 24 закрывают и грузовик отправляется в первый пункт назначения. В пути функцию охлаждения переключают обратно на распылительные головки 30 путем закрытия клапана 41 и открытия клапанов 36. Если грузовик подвергается сильным тепловым нагрузкам, например если окружающий воздух слишком теплый, распылительное охлаждение может быть дополнено усиленно испарительным охлаждением за счет полного или частичного открытия клапана 41 и подачи жидкого азота в испаритель 40.

Когда грузовик прибывает в первый пункт назначения, необходимо произвести очистку рефрижераторного пространства от газообразного азота. Следовательно, описанную выше операцию продувки повторяют: клапаны 36 и 41 закрывают, а клапан 48 открывают и направляют жидкий азот в теплообменник 44. Систему заслонок 43 открывают и запускают вентилятор 50. Эта операция может быть начата до того, как грузовик прибудет в первый пункт назначения для того, чтобы по прибытии грузовик был уже готов к разгрузке. Во время разгрузки температура внутри рефрижераторного пространства может поддерживаться за счет включения испарителя 40.

Вышеописанные операции повторяют при перемещении грузовика между многочисленными пунктами разгрузки, обеспечивая при этом поддержание продуктов при надлежащей температуре.

Важно то, что жидкий азот, проходящий через теплообменник 44 или испаритель 40, будет превращаться в инертный газообразный азот и может выбрасываться в окружающую атмосферу (например, через вентиляционное отверстие 46А) без опасности ее загрязнения.

Особенно предпочтительно модификация вышеописанного ряда этапов возможна при использовании реверсивного вентилятора, который способен выдувать воздух из охлаждаемого пространства грузовика. Если продукты должны быть загружены в грузовик из кондиционируемого склада, то для предварительного охлаждения внутреннего пространства грузовика перед загрузкой продуктов грузовик подают задним ходом в склад, в результате чего после открытия двери 24 охлаждаемое пространство сообщается с кондиционируемым (охлаждаемым) помещением склада. Затем вентилятор 50 включают в обратном направлении, он втягивает из склада холодный воздух и прогоняет его по всему охлаждаемому пространству. Таким образом, температура охлаждаемого пространства снижается без использования азота. Во время этой рабочей фазы клапаны 48 и 41 "выключены". Когда температура охлаждаемого пространства достигнет заданного значения, начинается погрузка продуктов, в то время как вентилятор продолжает работать в реверсивном режиме, поддерживая низкую температуру. Таким образом достигается экономия жидкого азота.

Бак 26 может иметь любую подходящую конструкцию. Например, бак может быть сборным, в виде группы емкостей малого диаметра, встроенных в общий функциональный модуль. Каждая емкость может содержать коаксиальные внутреннюю и наружную стенку, разделенные экранно-вакуумной теплоизоляцией. Повышение давления жидкого азота в баке может осуществляться любым подходящим способом, например путем использования насоса или погружения в жидкий азот небольшого электрического нагревателя.

Как было отмечено выше, охлаждаемое пространство может быть разделено на множество отдельных камер соответствующими перегородками 63. Перегородка 63 может быть установлена любым подводящим способом, например она может быть подвешена на петлях под верхней стенкой 16 с возможностью поворота в верхнее нерабочее положение, когда она не нужна. Если перегородка предусмотрена, то распылительные головки 30, расположенные в каждой камере, будут отдельно соединяться с баком 26, а испаритель будет разделен на отдельные секции, расположенные в соответствующих камерах и снабженные соответствующими клапанами 41. Таким образом, в камерах могут поддерживаться разные температуры, например для хранения продуктов, имеющих разные требования к тепловым условиям. Контроллер будет реагировать на соответствующие температурные датчики, поддерживая надлежащие температурные условия в каждой камере. В идеальном случае камера, расположенная в задней части пространства, является более высокотемпературной, чем камера, расположенная в передней части пространства. Тогда задняя часть пространства может быть охлаждена исключительно с помощью установленной в ней секции испарителя. Следовательно, распылительные головки 30 в задней камере не будут включаться и продувки задней камеры для удаления газообразного азота не потребуется. Таким образом, вентилятор/теплообменник 44, 50 будет использоваться только для продувки передней камеры. В верхней стенке 16 рядом с окном 42 может быть выполнено вентиляционное отверстие, обеспечивающее отвод азота из переднего отсека, поскольку передний отсек не сообщается с дверью 24 в случае использования перегородки.

Перегородка может быть не только подвешена, но и установлена любым другим подходящим способом, в том числе с возможностью ее перемещения вперед и назад, за счет чего могут регулироваться размеры соответствующих отсеков.

Преимуществом данного изобретения является то, что оно обеспечивает возможность избирательного охлаждения рефрижераторного транспортного средства посредством трех различных механизмов использования жидкого азота: распылителей 30, испарителя 40 и теплообменника 44. При использовании распылителей система вентилятор/теплообменник обеспечивает возможность быстрой очистки кузова от газообразного азота при одновременном поддержании надлежащей температуры продуктов. Таким образом, описанное транспортное средство идеально приспособлено для поочередной выгрузки продуктов во множестве пунктов выгрузки.

Хотя данное изобретение описано на примере предпочтительных вариантов его осуществления, специалистам в соответствующей области будет понятно, что различные узлы и детали, конкретно не описанные, могут быть добавлены, исключены, модифицированы и заменены, если это не выходит за пределы области изобретения, которая определяется прилагаемой формулой изобретения.

Реферат

Способ регулирования температуры в охлаждаемом пространстве транспортного средства для перевозки пищевых продуктов включает охлаждение охлаждаемого пространства до заданной температуры, прекращение охлаждения пространства, пропускание жидкого азота через теплообменник, установленный в окне, которое соединяет пространство с окружающим воздухом, запуск вентилятора для нагнетания воздуха через окно и теплообменник в пространство. Способ регулирования температуры в охлаждаемом пространстве транспортного средства для перевозки пищевых продуктов включает сообщение охлаждаемого пространства с охлаждаемым пространством продуктового склада, открывание окна в грузовике, запуск вентилятора в первом режиме для втягивания охлаждаемого воздуха из склада в охлаждаемое пространство, загрузку пищевых продуктов в охлаждаемое пространство в процессе работы реверсивного вентилятора в первом режиме, перемещение грузовика в пункт выгрузки при распылении жидкого азота внутри охлаждаемого пространства, открывание двери в пункте разгрузки, пропускание жидкого азота через теплообменник, запуск вентилятора во втором режиме для принудительного пропускания окружающего через окно и теплообменник в охлаждаемое пространство. Рефрижераторное транспортное средство для перевозки охлажденных пищевых продуктов включает кузов транспортного средства, источник жидкого азота, установленный в транспортном средстве, окно для сообщения пространства с окружающим воздухом, выполненное в стенке транспортного средства, теплообменник, установленный в окне, вентилятор для нагнетания окружающего воздуха через окно и теплообменник в пространство, систему распылителей, расположенную в пространстве, систему трубопроводов для пропускания жидкого азота из источника в систему распылителей, систему клапанов, расположенную в системе трубопроводов. Использование данной группы изобретений обеспечивает возможность избирательного охлаждения рефрижераторного транспортного средства. 3 с. и 11 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула