Способ предохранения емкости от разрушения при замерзании находящейся в ней жидкости

 

Изобретение относится к технологии предохранения емкостей замкнутого или незамкнутого объема от разрушения при замерзании находящейся в них жидкости, например, при хранении жидких продуктов в стеклянной таре при температуре ниже 0^oC. Сущность изобретения: в емкость, например, трехлитровую банку, помешают жидкий продукт (воду). Для того, чтобы емкость с жидким продуктом не разрушилась при минусовых температурах, в нее помещают компенсатор, объект которого подбирают из следующей зависимости: где V_к - объем компенсатора, см³; V_o - объем емкости, см³; α- приращение объема жидкости, %; К - коэффициент запаса прочности компенсатора. 1 ил.

Изобретение относится к технологии предохранения емкости замкнутого или незамкнутого объема от разрушения при замерзании находящейся в ней жидкости, например, при хранении жидких продуктов в стеклянной таре при температуре ниже 0^oC.

Известно, что самый надежный способ хранения пищевых продуктов обеспечивается с помощью холода. В связи с этим для консервации свежего апельсинового сока изобретатели фирмы "Фрешджуикс Ко" (США) выбрали способ замораживания в пластмассовых бутылках при -17,8^oC.

Поскольку вода, превращаясь в лед, существенно увеличивается в объеме, стенки и дно бутылок выполняются с вогнутостями, выпрямляющимися в процессе увеличения объема содержимого [1].

Недостатком данного способа предохранения емкости от разрушения при замерзании в ней жидкости, реализованного с помощью устройства является то, что способ может быть реализован только для пластмассовых емкостей, а что касается стеклянной или металлической тары, то известный способ не может быть реализован.

Известен способ предотвращения разрушения емкости при замерзании находящейся в ней жидкости, предусматривающий размещение в емкости компенсатора из эластичного материала, заполненного газом [2].

При замерзании воды лед расширяется и из-за пластичности сжимает стенки компенсатора, вследствие чего разрушение емкости не происходит.

Недостатком вышеописанного способа, взятого в качестве прототипа, является то, что в способе не определен оптимальный размер эластичной емкости (компенсатора), из-за чего компенсатор занимает значительную часть объема в емкости, что, в свою очередь, снижает производительность емкостей для хранения жидких продуктов.

Целью изобретения является выбор оптимального размера компенсатора и повышение надежности предохранения емкости.

Цель достигается тем, что в способе предохранения емкости от разрушения путем размещения в емкости компенсатора с эластичными стенками объем компенсатора определяют по следующей формуле: , где V_к - объем компенсатора, см³; V_о - объем емкости, см³; α - приращение объема жидкости, %; K - коэффициент запаса прочности компенсатора.

Изобретение поясняется чертежом, где показана емкость 1 с хранящейся в ней жидкостью 2 и размещенным в ней компенсатором 3.

Способ осуществляется следующим образом.

В емкость 1, например трехлитровую банку, помещают жидкий продукт 2, например воду. Для того, чтобы емкость с жидким продуктом не разрушилась при минусовых температурах в нее помещают компенсатор 3, объем которого подбирают по следующей формуле: , где V_к - объем компенсатора, см³; V_o - объем емкости, см³; α - приращение объема жидкости, %;
K - коэффициент запаса прочности компенсатора.

После подбора объема компенсатора 3 подбирают его оптимальные размеры и размещают его в жидкости, помещенной в емкость. Емкость закрывают крышкой и помещают в холодное место для длительного хранения продукта на холоде.

Пример. Необходимо поместить в холодное место емкость объемом 3 л или 3000 см³ с водой. Для предохранения от размораживания емкости в нее помещают компенсатор, объем которого определяют по формуле

Определяют α - - приращение объема жидкости

где ρ_в - плотность воды, г/см³;
ρ_л - плотность льда, г/см³;

Находят K - коэффициент запаса прочности компенсатора

где K_г - коэффициент объема сжатого газа, %;
K_м - коэффициент объема материала, %;

где P₁ - давление газа в компенсаторе до замерзания воды, Па;
P₂ - давление газа в компенсаторе после замерзания воды, Па.

В данном случае P₁ = 1 атм или 101325 Па. Известно, что при замерзании воды создается давление 11 атм или 1114575 Па, т.е. P₂ = 1114575 Па.

итак, K_г = 9,1%.

Для нахождения коэффициента объема материала K_м используют формулу:

где b - толщина стенок компенсатора, см;
H - высота компенсатора, см;
α - приращение объема жидкости, %;
K_г - коэффициент объема сжатого газа, %;
V_о - объем емкости, см³.

Толщину стенок компенсатора принимают равной 0,015 см.

Высоту H компенсатора принимают равной 20 см, так как это высота столба жидкости в банке объемом 3 л.

Таким образом, K_м = 1,6%.

Находят коэффициент запаса прочности компенсатора

Затем вычисляют объем компенсатора

Таким образом, получают полный объем компенсатора, который включает в себя объем газа внутри компенсатора и объем материала, из которого изготовлен сам компенсатор.

Определяют размеры компенсатора данного объема.

Выбирают цилиндрическую форму компенсатора.

Из формулы для нахождения объема цилиндра находят радиус компенсатора
V_к= π·R²·H,
отсюда


Полученный радиус является внешним радиусом компенсатора.

Находят внутренний радиус
R_внутр. = R_внеш.- b = 2,1-0,015 = 2,085 (см).

Оптимальные размеры компенсатора для емкости объемом 3 л выбирают следующие:
высота H = 20 см;
внутренний радиус R_внутр. = 2,09 см;
толщина стенки b = 0,015 см.

Изобретение по сравнению с прототипом позволяет определить оптимальные размеры компенсатора и повысить предохранения емкости.

Формула изобретения

Способ предохранения емкости от разрушения при замерзании находящейся в ней жидкости, предусматривающий размещение в емкости заполненного газом компенсатора из эластичного материала, отличающийся тем, что объем компенсатора определяют по следующей формуле:

где V_к - объем компенсатора, см³;
V_о - объем емкости, см³;
α - приращение объема жидкости, %;
K - коэффициент запаса прочности компенсатора.

РИСУНКИ

Рисунок 1