Установка для холодильно-газового хранения сельскохозяйственных продуктов

 

Использование: в холодильной технике. Сущность изобретения: для улучшения сохранности сельскохозяйственной продукции, загруженной в камеру 1 с помощью дозатора 15, управляемого системой управления 18, поддерживают оптимальные значения температуры 19, влажности 20 и концентрации углекислого газа 21. Между первой 4 и второй 5 компрессорными ступенями сжатия холодильной машины установлены аппараты, с помощью которых из смеси газов после их сжатия в первой ступени 4 конденсируют в охладителе 6 и отделяют во влагоотделителе 7 воды, а в вихревой трубе 8 конденсируют и в циклоне 10 отделяют углекислоту. В дозаторе 15 к холодному потоку газа из детандера 3 подмешивают свежий воздух - через воздухозаборник 16, воду - от трубопровода слива воды из влагоотделителя 7, горячий газ - через регулирующий клапан 17. Регенератор 13 и эжектор 11 возвращают рабочему телу холодильной машины часть затраченной энергии. 1 ил.

Изобретение относится к холодильному машиностроению, конкретно к устройствам для хранения овощей и фруктов, и может быть использовано как для холодильного транспорта, перевозящего сельхозпродукцию, так и для стационарных хранилищ.

Овощи и фрукты относятся к легкоповреждаемой и скоропортящейся продукции, требуют для транспортировки и хранения особых условий как по температуре, так и по составу окружающей продукты среды.

Известны фруктовые холодильники с регулируемой газовой средой. Известная установка снабжена диффузионным газообменником из силикокаучуковой пленки, с помощью которого из воздуха камеры хранения удаляют избытки углекислого газа и подводят кислород из окружающей среды для дыхания фруктов. Для очистки воздуха предусмотрен фильтр тонкой очистки и влагоотделитель, для поддержания заданной, пониженной температуры установлен охлаждающий прибор - обычно воздухоохладители, включенные в контур холодильной установки.

Однако приведенная установка имеет существенные недостатки, заключающиеся в том, что используемая для газообмена пленка французского производства, легко повреждается, кроме того, известные охлаждающие приборы недостаточно эффективны, так как включены, как правило в сложный контур паровой или абсорбционной холодильной машины. Кроме того, использование специального хладагента в холодильной машине требует дополнительных систем выравнивания температурного поля в камере хранения, создает опасность утечки вещества хладагента в камеру.

Известны охлаждаемые термокамеры, в которых используют полнопоточное охлаждение воздуха, подаваемого в камеру, например вихревой термостат. Эта установка использует воздух в качестве рабочего тела и содержит компрессор, охладитель, регенератор, вихревые трубы и эжектор. Сжатый в компрессоре и пропущенный через охладитель воздух разделяют на два потока, в вихревых трубах потоки разделяют на охлажденный и нагретый; охлажденный основной поток используют для термостатирования загрузки в термокамере, а нагретый используют для эжекции охлажденного воздуха, осуществляя утилизацию энергии. Однако приведенная установка имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что термодинамическая эффективность происходящего в вихревых трубах процесса энергетического разделения мала, что снижает экономичность установки и при необходимости термостатировать большой объем фруктохранилища делает нецелесообразным разделение потоков сжатого воздуха.

Из известных технических решений наиболее близкими объектами к заявляемому по совокупности существенных признаков являются газовые холодильные машины.

Принятые за прототип установки могут работать на смеси газов и соответственно использоваться для холодильно-газового хранения сельхозпродуктов. Такая установка содержит камеру для продуктов и холодильную машину, рабочим телом которой может быть смесь газов из камеры. Детандерное и компрессорные рабочие колеса машины установлены на одном роторе с двигателем, а в контуре рабочего тела могут быть смонтированы фильтр, регенератор, охладитель влагоотделитель, вихревая труба с рубашкой охлаждения, циклон и эжектор.

Однако приведенные в качестве прототипа установки даже при наличии всех перечисленных элементов не обеспечивают необходимой сохранности сельхозпродуктов, так как не предусматривают возможности воздействовать на все параметры режима в камере для продуктов, в которые кроме температуры входят также влажность, концентрация СО₂ и О₂.

Целью изобретения является увеличение сохранности сельхозпродуктов путем поддержания оптимального режима в камере для продуктов.

Для этого в установке для холодильно-газового хранения сельхозпродуктов, содержащей камеру для продуктов и холодильную машину, рабочим телом которой является смесь газов из камеры, при этом детандерное и компрессорные рабочие колеса машины установлены на одном роторе с двигателем, а в контуре рабочего тела смонтированы фильтр, регенератор, охладитель, влагоотделитель, вихревая труба с рубашкой охлаждения, циклон и эжектор, компрессорными рабочими колесами образованы две последовательные ступени сжатия, по одной стороне регенератора пропущена смесь газов, поступающая на вход в первую ступень, а по другой - смесь газов с выхода из второй ступени, охладитель, влагоотделитель и вихревая труба с циклоном и эжектором установлены между первой и второй ступенями сжатия, при этом выход из циклона по жидкости с помощью насоса подключен к установке по производству углекислоты, а выход по газу - к входному штуцеру рубашки вихревой трубы, причем выходной штуцер рубашки подключен к всасывающей камере эжектора, кроме того, между детандером и камерой для продуктов установлен дозатор, снабженный воздухозаборником и патрубком подключения к сливу воды из влагоотделителя.

Отличительной особенностью изобретения являются разделение рабочих колес компрессора на две ступени сжатия и установка между ними охладителя, влагоотделителя и вихревой трубы с циклоном и эжектором. Такое решение за счет фазового перехода СО₂ и Н₂О, которые являются основными компонентами смеси газов в камере для продуктов, позволяет организовать регулирование и поддержания состава газов в камере во время хранения там сельхозпродуктов, жизнедеятельность которых вызывает непрерывное изменение состава газов. Охладитель и влагоотделитель после первой ступени позволяют получить воду в виде жидкости при достаточном напоре для работы дозатора, а вторая ступень сжатия позволяет компенсировать значительные гидравлические потери на аппаратах, отделяющих от сжатого воздуха Н₂О и СО₂. При этом для отделения СО₂ используют установленные последовательно вихревую трубу и циклон, за счет чего получают минимальную температуру в цикле (ниже, чем в камере для продуктов). Таким образом работают как бы две разные холодильные машины: с разным рабочим телом (за счет вывода из контура установки Н₂О и СО₂ после первой ступени сжатия) и с разными параметрами циклов (в одном минимальная температура достигается на выходе из вихревой трубы - холодный конец, в другом - на выходе из детандера).

Особенностью установки является также регенерация энергии при отделении от сжатого воздуха СО₂, для этого вихревая труба снабжена рубашкой охлаждения и за ней установлен эжектор, чтобы вернуть охлажденный газ, отведенный из контура вместе с жидкой СО₂. Жидкая СО₂ представляет собой полезный продукт, который направляют на дальнейшую переработку, что обеспечивается насосом, к которому подключен выход из циклона по жидкости. СО₂ постоянно генерируется в камере за счет жизнедеятельности сельхозпродуктов, при этом расходуется кислород, что требует постоянного притока свежего воздуха. Наличие в предлагаемой установке дозатора, установленного между детандером и камерой для продуктов, снабженного воздухозаборником и патрубком подключения к сливу воды из влагоотделителя, позволяет поддерживать в камере для продуктов заданные параметры: температуру воздуха, концентрацию кислорода, углекислого газа и влажность. Наличие дозатора позволяет, используя систему контроля и современную микропроцессорную технику, автоматизировать поддержание заданного режима хранения, причем даже при изменениях параметров в камере в связи с изменением жизнедеятельности со сроками хранения продуктов. Тем более не представляет трудностей перезадание параметров поддержания режима хранения при замене одного вида сохраняемого продукта на другой.

Таким образом, за счет приведенных отличительных особенностей заявляемая установка увеличивает в сравнении с известными хранилищами сохранность плодов и овощей за счет оптимального сочетания в камере для продуктов температуры, влажности, концентрации углекислого газа.

На чертеже изображена принципиальная схема предлагаемой установки.

На схеме стрелками показано движение сред, штриховыми линиями - сигналы системы управления.

Установка содержит камеру 1 для продуктов и холодильную машину, рабочим телом которой является смесь газов N₂, О₂, СО₂, Н₂О из камеры 1. Холодильная машина снабжена двигателем 2, на роторе которого установлены рабочие колеса, образующие детандер 3 и две компрессорные ступени 4 и 5. Между первой 4 и второй 5 ступенями сжатия последовательно установлены охладитель 6, влагоотделитель 7, вихревая труба 8 с рубашкой 9 охлаждения, циклон 10 и эжектор 11. При этом выход из циклона 10 по жидкости с помощью насоса 12 подключен к установке по производству углекислоты (не показана), а выход по газу подключен к входному штуцеру рубашки 9 вихревой трубы. Выходной штуцер рубашки 9 подключен к всасывающей камере эжектора 11, активное сопло которого подключено к "горячему" концу вихревой трубы 8. Регенератор 13 установлен на входе в первую компрессорную ступень 4, по одной его стороне пропущена смесь газов, поступающая из камеры 1 через фильтр 14 на вход в первую ступень 4, а по другой - смесь газов с выхода из второй ступени 5. Между детандером 3 и камерой 1 для продуктов установлен дозатор 15, снабженный воздухозаборником 16. Дозатор 15 подключен к сливу воды из влагоотделителя 7 и соединен через регулирующий клапан 17 с выходом сжатого газа из второй компрессорной ступени 5. Для поддержания заданных параметров установка снабжена системой 18 управления, которая подключена к датчикам температуры 19, влажности 20 и концентрации 21 углекислого газа, передает сигнал на управление регулирующим клапаном 17 и механизмом дозатора 15, получая от него сигнал обратной связи.

Установка работает следующим образом.

Сельскохозяйственную продукцию закладывают на хранение в камеру 1. Режим охлаждения и хранения плодов, ягод или овощей устанавливают в каждом отдельном случае с учетом биологических, физиологических и химических особенностей объектов хранения, зависящих от вида, сорта, состояния и условий выращивания.

Например, для большинства видов фруктов оптимальной температурой хранения является температура близкая к криоскопической точке. При этом интенсивность дыхания и расход органических веществ доходят до минимума. Для каждого вида фруктов имеется оптимальное значение влажности воздуха при хранении их в холодильных камерах, при этом в конце хранения относительную влажность воздуха целесообразно увеличивать на 2-3%. Плоды семечковых гораздо лучше сохраняются при повышенном (до 10%) содержании СО₂ и пониженном (до 2,5%) кислорода за счет дополнительного торможения дыхания плодов, замедления их созревания и создания условий, неблагоприятных для развития микроорганизмов. Выбрав нужный режим и программу условий хранения, устанавливают соответствующую настройку регуляторов системы 18 управления и включают холодильную машину, подав энергию к двигателю 2. Ротор холодильной машины приводится во вращение и воздух из камеры 1, представляющий собой смесь газов N₂, O₂, CO₂ и Н₂О, через фильтр 14 и холодную сторону регенератора 13 засасывается рабочими колесами первой компрессорной ступени 4, сжимается и поступает в охладитель 6, где сжатые газы охлаждают, например, водой из градирни (не показано).

Скондированная при охлаждении в охладителе 6 вода отделяется во влагоотделителе 7 и сжатый охлажденный газ поступает в вихревую трубу 8, где происходит энергетическое разделение потока в соответствие с эффектом Ранка. Более холодный поток из вихревой трубы направляют в циклон 10, в котором отделяют сконденсированную углекислоту. Жидкость из циклона 10 насосом 12 подают на дальнейшую обработку в установку для производства углекислоты (не показана), а газы через рубашку 9 вихревой трубы 8 отсасывают эжектором 11. Активным потоком эжектора 11 служит газ, подаваемый с "горячего конца" вихревой трубы 8. Охлаждение вихревой трубы 8 усиливает эффект температурного разделения потоков, при этом энергия регенерируется. Из эжектора 11 газы отсасывают микропроцессором 5 второй ступени сжатия, при этом состав сжимаемых второй ступенью газов отличается от состава газов, сжимаемых первой ступенью, за счет отвода Н₂О и СО₂, и охлаждение сжатого второй ступенью газа в регенераторе 13 не приводит к появлению в потоке жидкой фазы. Затем газ подают на детандер 3, рабочему колесу которого сжатый газ передает свою энергию. Газ расширяется и снижает свою температуру, а энергия передается на ротор холодильной машины и используется для сжатия в компрессорных ступенях 4 и 5.

Охлажденная смесь газов из детандера 3 поступает в дозатор 15, где к нему подмешивают свежий воздух из атмосферы, который поступает через воздухозаборник 16, часть воды, которую отбирают из линии слива воды из влагоотделителя 7, а также при необходимости в холодное время года подмешивают нагретый газ, отбираемый через регулирующий клапан 17 от выхода из компрессора 5 второй ступени. Датчики температуры 19, влажности 20 и концентрации углекислого газа 21 контролируют параметры среды в камере 1 для продуктов и передают соответствующие сигналы в систему управления 18, которая вырабатывает сигналы управляющего воздействия на механизмы дозатора 15 и регулирующего клапана 17.

Таким образом в отличие от прототипа в камере для продуктов 1 поддерживают оптимальный для загруженного туда вида сельхозпродуктов режим по температуре и составу газовой среды, что увеличивает сохранение фруктов, ягод, овощей при соблюдении других технологических требований по отбору продукции на хранение, ее транспортировки и т.п.

Формула изобретения

УСТАНОВКА ДЛЯ ХОЛОДИЛЬНО-ГАЗОВОГО ХРАНЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПРОДУКТОВ, содержащая камеру для хранения продуктов и контур холодильной машины, рабочим телом которого является рабочая среда из камеры, содержащий компрессор, охладитель, двухполостной регенератор, эжектор, вихревую трубу и детандер, причем детандерное и компрессорное колеса машины установлены на одном роторе с двигателем, отличающаяся тем, что, с целью увеличения сохранности сельскохозяйственных продуктов путем поддержания оптимального режима в камере, компрессор выполнен двухступенчатым, вихревая труба снабжена охлаждающей рубашкой, в контур дополнительно включены влагоотделитель, циклон, дозатор с воздухозаборником и насос, при этом активное сопло эжектора подключено через горячий конец вихревой трубы, влагоотделитель и охладитель к выходу первой ступени компрессора, пассивное сопло эжектора через охлаждающую рубашку вихревой трубы, циклон и холодный конец вихревой трубы подключено к выходу влагоотделителя, а диффузор эжектора - к входу во вторую ступень компрессора, при этом первая полость регенератора подключена к контуру между выходом второй ступени и детандером, вторая полость - между камерой и входом первой ступени компрессора, дозатор подсоединен жидкостной полостью к влагоотделителю, а выход из циклона по жидкости через насос подключен к установке по производству углекислоты.

РИСУНКИ

Рисунок 1