Теплообменник

Изобретение относится к теплообменнику для охлаждения жидкости с использованием способа испарения и адсорбции. Устройство для охлаждения жидкости включает в себя теплообменник и средства откачивания. Теплообменник содержит полость с охлаждающей жидкостью, способной испаряться под действием разрежения, и с парами указанной жидкости под давлением, меньшим атмосферного давления. Средства откачивания выполнены с возможностью откачивания паров указанной охлаждающей жидкости для поддержания разрежения в полости. Полость теплообменника содержит, по меньшей мере, одну первую стенку, выполненную практически в форме конуса, при которой ее площадь в сечении уменьшается от основания к вершине, и, по меньшей мере, одну вторую стенку, образующую основание указанного конуса. Первая коническая стенка предназначена для контакта с охлаждаемой жидкостью, а вторая стенка включает в себя средства сообщения со средствами откачивания. Техническим результатом является обеспечение оптимальной температуры потребляемого напитка независимо от внешних условий. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 13 ил.

 

Настоящее изобретение относится к теплообменнику для охлаждения жидкости с использованием способа испарения и адсорбции. Принцип такого способа охлаждения основан на испарении жидкости под действием разрежения, поддерживаемого откачиванием паров жидкости.

Теплообменник в соответствии с настоящим изобретением предназначен для применения в емкости в виде погружного охлаждающего устройства или в виде устройства, встроенного в самоохлаждающуюся упаковку для напитка. Таким образом, задачей настоящего изобретения является обеспечение оптимальной температуры потребляемого напитка независимо от внешних условий.

Применение способа охлаждения испарением и адсорбцией известно из предшествующего уровня техники и является объектом многочисленных разработок. Предлагались различные устройства, в которых теплообменник, содержащий испаряющуюся жидкость, соединяется с резервуаром, содержащим адсорбент, в частности, для использования в самоохлаждающихся упаковках для напитка.

В частности, в патенте US 4928495, проиллюстрированном на фиг.1, описана самоохлаждающаяся упаковка 10 (выполненная в виде жестяной банки), содержащая плоский теплообменник 16 прямоугольной формы, погруженный в охлаждаемый напиток и соединенный с адсорбционным устройством 22. В патенте описана принципиальная схема, но не уточняются средства реализации такого устройства с учетом экономических соображений, связанных с применением одноразовых упаковок.

Кроме того, международные патентные заявки WO 01/10738 и WO 01/11297 тех же авторов, проиллюстрированные на фиг.2, также раскрывают самоохлаждающуюся упаковку 10 для напитка, содержащую цилиндрический теплообменник 30 U-образной формы. В указанных патентных заявках уточняется геометрическая форма теплообменника 30, а также способ изготовления и сборки такого устройства, совместимый с требованиями промышленного производства банок для напитков.

Вместе с тем, описанный в указанных заявках теплообменник имеет ряд недостатков. Действительно, эффективность теплообмена между испарителем и охлаждаемым напитком, влияющая на скорость его охлаждения, в основном зависит от геометрической формы теплообменника. Однако для того, чтобы достичь удовлетворительной эффективности охлаждения, в этих патентных заявках предлагается максимально увеличить размеры теплообменника 30 настолько, насколько это позволяют размеры банки, а именно выполнять его диаметром в 50 мм и высотой в 100 мм. Получаемый объем теплообменника равен 80 мл на объем потребляемого напитка в 300 мл, что составляет более 25%.

Другим недостатком устройства, описанного в указанных международных патентных заявках, является большое количество материала, необходимое для изготовления теплообменника 30, и, следовательно, его высокая себестоимость. В частности, испаряемая вода, содержащаяся в теплообменнике для осуществления способа охлаждения испарением и адсорбцией, должна находиться в теплообменнике в вакууме, и разность давления между внутренним объемом теплообменника 30 и наружным пространством требует значительной толщины металла для изготовления стенок теплообменника.

Еще один недостаток, связанный с особой геометрической формой теплообменника 30, описанного в указанных международных патентных заявках, состоит в необходимости использования геля для фиксации охлаждающей жидкости в теплообменнике, чтобы избежать экстракции воды ее же парами во время работы устройства.

Кроме того, из документа FR 2001939 известно самоохлаждающееся устройство для упаковки напитка, содержащее теплообменник конической формы, содержащий жидкость под давлением, например сжиженный фреон. Расширение газа в направлении наружной атмосферы вызывает охлаждение напитка, находящегося в контакте с теплообменником. Адиабатическое расширение газа под давлением приводит к существенному понижению температуры, обеспечивающему эффективное охлаждение напитка, несмотря на незначительную площадь контакта с охлаждаемым напитком. Тем не менее, этот способ охлаждения не совместим с промышленными технологиями производства, так как газ под давлением требует особых условий применения. Данный способ также вступает в противоречия с некоторыми нормами защиты окружающей среды, требующими сокращения выделения газа в атмосферу.

Задачей настоящего изобретения является устранение недостатков предшествующего уровня техники.

Поставленная задача решается тем, что предложен теплообменник, геометрическая форма и конструкция которого обеспечивают повышение скорости охлаждения напитка на основе испарения охлаждающей жидкости при пониженном давлении. В частности, геометрическая форма теплообменника способствует созданию конвекционных потоков в напитке для обеспечения его быстрого охлаждения. Кроме того, такая геометрическая форма обеспечивает максимальную площадь теплообмена с напитком при минимальных габаритах теплообменника.

Другой задачей настоящего изобретения является распространение принципа охлаждения испарением под действием разрежения на любое устройство для охлаждения жидкости путем применения теплообменника в соответствии с настоящим изобретением, например, используемого в качестве погружного устройства в емкости, содержащей охлаждаемый напиток.

Поставленная задача решается, в частности, устройством для охлаждения жидкости, включающим в себя теплообменник, содержащий полость с охлаждающей жидкостью, способной испаряться под действием разрежения, и с парами указанной жидкости под давлением, меньшим атмосферного; средства откачивания, выполненные с возможностью откачивания паров указанной охлаждающей жидкости для поддержания разрежения в полости, при этом полость теплообменника содержит по меньшей мере одну первую стенку, выполненную по существу в форме конуса, при которой ее площадь в сечении уменьшается от основания к вершине, и по меньшей мере одну вторую стенку, образующую основание указанного конуса, при этом первая коническая стенка предназначена для контакта с охлаждаемой жидкостью, а вторая стенка включает в себя средства сообщения со средствами откачивания.

Предпочтительно, чтобы первая стенка полости имела конструкцию с ребрами жесткости.

Предпочтительно также, чтобы по меньшей мере часть ребер жесткости первой стенки имела нулевую ширину внутри полости, образуя на полости лопатки.

Полезно, чтобы первая стенка полости содержала участок с постоянной площадью сечения.

Целесообразно, чтобы коническая полость содержала закругленную или приплюснутую вершину.

Целесообразно также, чтобы объем полости не превышал 2/3 объема, ограниченного внешней поверхностью вращения, охватывающей указанную полость.

Предпочтительно, чтобы внутренние стенки полости по меньшей мере частично были покрыты гидрофильным пористым материалом, полость содержала охлаждающую жидкость и пары указанной жидкости под давлением, меньшим атмосферного давления.

Предпочтительно, чтобы в качестве охлаждающей жидкости использовалась вода и/или вода, содержащая добавку с давлением насыщенного пара при заданной температуре, превышающим давление насыщенного пара воды при той же температуре.

Предпочтительно также, чтобы полость содержала сепараторное устройство для разделения жидкости и пара.

Предпочтительно также, чтобы внутренние стенки полости, по меньшей мере частично были покрыты гидрофильным пористым материалом.

Целесообразно также, чтобы полость содержала сепараторное устройство для разделения системы жидкость-газ.

Полезно, чтобы по меньшей мере первая стенка полости была выполнена из теплопроводящего материала.

Целесообразно, чтобы применяемые средства откачивания выбирались из средств, в число которых входят адсорбирующий материал, расфасованный под воздушным вакуумом, механический вакуумный насос и криогенный вакуумный насос.

Целесообразно, чтобы полость теплообменника представляла собой погружной элемент, погруженный в охлаждаемую жидкость.

Целесообразно также, чтобы полость теплообменника была соединена со средствами откачивания при помощи трубки.

Предпочтительно, чтобы полость теплообменника была жестко соединена со средствами откачивания, а вторая стенка полости, образующая основание конуса, составляла единое целое с указанными средствами откачивания.

Поставленная задача решается также самоохлаждающейся упаковкой для напитка, содержащей первую полость с напитком, вторую полость, образующую теплообменник, содержащий охлаждающую жидкость, способную испаряться под действием разрежения, и пары указанной охлаждающей жидкости под давлением, меньшим атмосферного давления, третью полость, содержащую средства откачивания, выполненные с возможностью адсорбции паров указанной охлаждающей жидкости для поддержания разрежения во второй полости, при этом указанная вторая полость теплообменника содержит по меньшей мере одну первую стенку по существу в форме конуса, причем площадь сечения полости уменьшается от основания к вершине, и по меньшей мере одну вторую стенку, образующую основание указанного конуса, при это указанная коническая стенка находится в контакте с напитком, содержащимся в первой полости, а вторая стенка, образующая основание конуса, включает в себя средства сообщения с указанными средствами откачивания.

Целесообразно, чтобы вершина конической формы второй полости была направлена вниз с возможностью создания в напитке, содержащемся в первой полости, по меньшей мере одного конвекционного потока вдоль оси конуса в процессе адсорбции пара охлаждающей жидкости.

Целесообразно также, чтобы отношение объема к площади поверхности второй полости было по меньшей мере в два раза меньше отношения объема к площади первой полости.

Полезно, чтобы первая стенка полости теплообменника являлась смежной со стенкой первой полости.

Предпочтительно, чтобы вторая стенка полости теплообменника, образующая основание конуса, образовывала стенку третьей полости и включала в себя средства сообщения между указанными второй и третьей полостями.

Отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания, приведенного в качестве иллюстративного и не ограничительного примера, со ссылкой на фигуры прилагаемых чертежей, в числе которых:

Фиг.1 изображает известную из уровня техники схему самоохлаждающейся банки для напитка согласно одному из вариантов выполнения;

Фиг.2 - известную из уровня техники схему самоохлаждающейся банки для напитка согласно другому варианту выполнения;

Фиг.3а-3d - поперечный разрез теплообменника согласно нескольким вариантам выполнения настоящего изобретения;

Фиг.4а-4d - вид сверху в разрезе теплообменника согласно нескольким вариантам выполнения в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.5 - вид в разрезе частного варианта выполнения теплообменника в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.6 - вид в разрезе упаковки для напитка, содержащей теплообменник в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.7 - вид в разрезе погружного охлаждающего элемента, содержащего теплообменник в соответствии с настоящим изобретением.

Теплообменник в соответствии с настоящим изобретением содержит полость 2 для охлаждающей жидкости, способной испаряться под действием разрежения, поддерживаемого средствами откачивания. Теплообменник предназначен для погружения в охлаждаемый напиток. Таким образом, необходимо, чтобы теплообменник в соответствии с настоящим изобретением содержал, по меньшей мере, одну первую стенку 21, находящуюся в контакте с охлаждаемым напитком, и, по меньшей мере, одну вторую стенку 22, включающую в себя средства сообщения 30 со средствами откачивания 31.

Как показано на фигурах 3а-3d и согласно существенному отличительному признаку настоящего изобретения, стенка 21 полости 2, находящаяся в контакте с охлаждаемой жидкостью, имеет практически коническую форму, при которой площадь полости в сечении уменьшается от основания к вершине. Такая геометрическая форма полости 2 теплообменника способствует созданию значительных конвекционных потоков в напитке для обеспечения его быстрого охлаждения. Важно, чтобы общая форма полости была конической, в частности, чтобы ее площадь в сечении постепенно уменьшалась от основания к вершине. Тем не менее, на части высоты теплообменника можно выполнять прямой участок, на котором площадь теплообменника в сечении не меняется, и такое выполнение не сказывается на его работе. Конические формы, отвечающие такому определению, могут иметь разные конфигурации и представлять собой как заостренный конус (3b), так и куполообразный конус (3d).

Фиг.4а-4d иллюстрируют вид сверху полости 2 теплообменника в соответствии с настоящим изобретением, и каждый из представленных на этих фигурах вариантов выполнения может комбинироваться с вариантами выполнения, показанными на фиг.3a-3d.

Как показано на фигурах 4a-4d и согласно предпочтительному отличительному признаку настоящего изобретения, стенка 21 полости 2 теплообменника, находящаяся в контакте с охлаждаемым напитком, может иметь ребристую конструкцию для увеличения поверхности теплообмена между теплообменником и напитком. На фиг.4 с показан вариант выполнения, в котором первая стенка 21 не содержит ребер жесткости.

Согласно частному варианту выполнения, показанному на фиг.4b, по меньшей мере, часть ребер жесткости первой стенки 21 имеет нулевую ширину внутри полости 2, образуя на полости 2 лопатки 23.

Таким образом, первую стенку 21 теплообменника можно определить как включенную между двумя поверхностями вращения, внутренней и внешней (обозначены позициями i и е на фиг.3a-3d), совпадающими в основании конуса, то есть на линии соединения со второй стенкой 22 теплообменника, включающей в себя средства сообщения 30 со средствами откачивания. Эти поверхности i и е предпочтительно могут быть образованы соединением конусов, цилиндров, тороидальных поверхностей, сфер или любых других, более сложных поверхностей, выполненным, например, путем штамповки. Вершину 24 конуса определяют как точку стенки 21, наиболее удаленную от основания 22 и находящуюся на оси вращения вышеупомянутых поверхностей.

Вершина 24 конуса 21 теплообменника в соответствии с изобретением может иметь закругленность, которая не сказывается на эффективности теплообмена. Закругленность служит для того, чтобы избежать каких-либо непредвиденных случаев при повреждении упаковки, содержащей такой теплообменник.

Такая геометрическая форма теплообменника обеспечивает много преимуществ. Во время работы теплообменник ориентирован вершиной конуса вниз. Меньшая по сравнению с известными теплообменниками поверхность теплообмена вполне компенсируется ускорением конвекционных потоков, создаваемых вдоль оси вращения конуса так называемым эффектом «перевернутой дымовой трубы», при котором все водяные струи, охлажденные при контакте со стенкой теплообменника, стекают в нижнюю часть конуса. Получаемый в результате столб холодной жидкости усиливает градиент давления и создает холодные конвекционные потоки, поднимающиеся от эффекта «перевернутой дымовой трубы», не испытывая при этом торможения со стороны поверхности теплообменника. В частности, площадь теплообмена порядка 100 см2 обеспечивает характеристики, эквивалентные известным теплообменникам, имеющим площадь теплообмена более 300 см2 и плоскую геометрию. Благодаря своей геометрической форме теплообменник в соответствии с настоящим изобретением позволяет добиться осевого конвекционного потока, более сильного, чем образующиеся локальные вторичные неосевые конвекционные потоки.

Конструкция конуса с ребрами обеспечивает получение значительной площади теплообмена при меньших габаритах, в частности при меньшей высоте, что позволяет, предпочтительно, применять его для закрытых упаковок для напитков. Например, высота теплообменника в виде ребристого конуса может быть ограничена половиной высоты упаковки, содержащей охлаждаемый напиток.

Ниже в качестве неограничительного примера для варианта выполнения приводятся типовые геометрические параметры теплообменника в соответствии с настоящим изобретением:

Площадь теплообмена = 100 см2

Внутренний объем = 40 см3

Габариты = 60 см3 (определяемые поверхностью вращения кожуха теплообменника)

Высота = 5 см.

Полость теплообменника выполнена из теплопроводящего материала, в частности из стали или алюминия. Поскольку поверхность теплообменника в соответствии с настоящим изобретением незначительна, то, следовательно, требуется немного материала для выполнения полости. В частности, считается достаточной толщина порядка от 0,2 до 0,4 мм.

В качестве охлаждающей жидкости, содержащейся в полости теплообменника, может быть использована вода или, предпочтительно, вода, содержащая добавку, например метиловый спирт, характеризуемая повышенным давлением насыщающего газа, обеспечивающим более быстрое начало кипения охлаждающей жидкости и снижение выброса капель, который может быть существенным в начале процесса откачивания.

Согласно варианту осуществления жидкость заполняет не всю полость, а, например, только половину.

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения полость теплообменника содержит только охлаждающую жидкость и пары указанной жидкости, то есть перед заполнением полости жидкость предпочтительно подвергается дегазации. Такая дегазация обеспечивается, например, при кипении при атмосферном давлении с последующим кипением при снижении давления до нескольких миллибар. После этого охлаждающую жидкость вводят в полость теплообменника при воздушном разрежении. Иначе говоря, частичное давление в теплообменнике, создаваемое газами, отличными от пара охлаждающей жидкости, перед установлением сообщения со средствами откачивания имеет значение, меньшее или равное 1 миллибар. Эта особенность обеспечивает нормальную скорость испарения без необходимости ограничения реакции испарения неадсорбирующимися газами, которые могут содержаться в полости.

Согласно еще одному варианту осуществления изобретения внутренние стенки полости 2 теплообменника покрывают, по меньшей мере частично, гидрофильным пористым материалом, таким как целлюлоза, например, в виде ткани или полимера. Этот слой может наноситься, например, путем приклеивания. Таким образом, теплообменная стенка 21 смачивается по своей внутренней поверхности, что способствует лучшему испарению и, следовательно, лучшему охлаждению на теплообменной поверхности. Предпочтительно используют трикотажную ткань с увеличенными петлями для улучшения испарения охлаждающей жидкости при контакте с металлом теплообменника и обеспечения прохода пара указанной жидкости через пористый слой. Таким образом устраняют термическое сопротивление пористого слоя.

Согласно варианту осуществления, показанному на фиг.5, полость 2 теплообменника может содержать сепараторное устройство 50 для разделения системы жидкость-газ. Такой вариант осуществления становится возможным благодаря особой геометрической форме полости 2, образующей теплообменник в соответствии с настоящим изобретением. Действительно, высвобождается большой объем у основания конуса, в частности вблизи второй стенки 22, включающей в себя средства соединения 30 со средствами откачивания 31. Таким образом становится возможным установить непосредственно внутри теплообменника сепараторное устройство 50 для разделения жидкости и газа вблизи отверстия указанных средств соединения 30. Описание этого устройства следует ниже, и его сложно было бы установить в теплообменник с геометрической формой, известной из предшествующего уровня техники. Сепараторное устройство 50, установленное в теплообменнике в соответствии с настоящим изобретением, занимает объем, меньший 20 см3.

Сепаратор 50 для разделения жидкости и газа позволяет отделить молекулы пара откачиваемой охлаждающей жидкости от капель указанной жидкости, увлекаемых паром указанной жидкости. Действительно, согласно физическому принципу охлаждения испарением охлаждающая жидкость испаряется под действием разрежения, возникающего в результате подсоединения к источнику вакуума, поддерживаемого средствами откачивания паров указанной жидкости. Однако сила откачивания может быть такой величины, что капли жидкости могут всасываться насосом 31 и мешать его нормальной работе. Поэтому необходимо использовать сепаратор 50 для разделения жидкости и газа, который пропускает откачиваемые пары охлаждающей жидкости и отводит капли жидкости обратно в полость 2 теплообменника.

Газожидкостный сепаратор такого типа содержит пароотражатель, состоящий, по меньшей мере, из одной стенки, образующей отражательный лист 51, обеспечивающий резкое или резкие изменения направления парового потока. Молекулы пара характеризуются очень небольшим средним пробегом, порядка микрометра, поэтому они могут очень быстро менять направление. В отличие от молекул пара, капли жидкости имеют массу, в силу которой они увлекаются под действием инерции и отделяются таким образом от газового потока. Такой механизм предпочтительно обеспечивает разделение системы газ-жидкость без существенного замедления потока пара и, следовательно, не требует значительного объема для своего размещения. Сепараторное устройство содержит также каплесборник 60, направляющий капли жидкости, отделенные от потока пара, в нижнюю часть полости испарителя 2. Каплесборник 60 содержит воронку и, по меньшей мере, одну трубку для слива капель. Предпочтительно воронка вносит вклад в работу отражательного листа 51 пароотражателя.

Согласно предпочтительному варианту осуществления пароотражатель предпочтительно располагать вокруг средств сообщения 30 со средствами откачивания 31, при этом воронка каплесборника 60 определяет телесный угол, включающий в себя указанные средства сообщения 30 и пароотражатель 51.

Предпочтительно, чтобы трубка для слива капель каплесборника 60 имела длину, превышающую или равную величине ослабления напора пара или уменьшения высоты столба пара в отражательном листе 51, во избежание выброса капель через указанную сливную трубку. Это ослабление напора пара предпочтительно измерять по высоте столба воды. Если, например, считать ослабление напора пара V в 1 миллибар (что соответствует 1 см высоты столба воды), то трубка будет иметь длину, по меньшей мере равную 1 см.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, сепараторное устройство содержит дополнительно защиту 55 от прямого выброса капель, дополняющую пароотражатель 51. Эту защиту 55 устанавливают напротив средств сообщения 30, чтобы избежать прямого воздействия на средства откачивания 31, в частности, во время начала реакции адсорбции.

Согласно вариантам применения, средства откачивания 31, взаимодействующие с теплообменником 2 в соответствии с настоящим изобретением, могут быть выполнены в виде механического вакуумного насоса или в виде криогенных средств откачивания, таких как охлаждаемые ловушки, конденсирующие водяные пары, или в виде воздушно-вакуумного элемента, содержащего реактивы (осушители), способные инициировать и поддерживать адсорбцию жидкости. Таким образом, охлаждение инициируется установлением сообщения между теплообменником 2 в соответствии с настоящим изобретением и средствами откачивания 31. Согласно предпочтительному отличительному признаку настоящего изобретения, именно стенка полости, образующая основание 22 конуса, содержит средства сообщения 30, встроенные в указанную стенку 22.

Как показано на фиг.6, настоящее изобретение относится также к упаковке 10 для напитка, содержащей описанный выше теплообменник в соответствии с настоящим изобретением.

Такая самоохлаждающаяся упаковка 10 для напитка содержит первую полость 1, содержащую напиток. Эта первая полость может иметь формы и размеры стандартной жестяной банки. Вторая полость 2 выполнена смежной с первой полостью и образует теплообменник, характеризующийся формами и отличительными признаками, упомянутыми выше в описании настоящего изобретения.

Согласно предпочтительному варианту осуществления, первая коническая стенка 21 второй полости 2 находится в контакте с напитком, содержащимся в первой полости 1.

Согласно другому варианту осуществления, первая коническая стенка 21 выполнена смежной со стенкой первой полости 1. Эти стенки находятся в тесном контакте для обеспечения достаточной теплопередачи. Вместе с тем они могут быть выполнены из разных материалов, например, стенка 21 полости теплообменника 2 может быть выполнена из металла, тогда как стенка полости 1, содержащей напиток, выполнена из пластика ПЕТ (полиэтилентерефталата). Хотя этот вариант выполнения является менее предпочтительным с точки зрения теплообмена между теплообменником 2 и напитком, он позволяет, например, контролировать стерильность полости 1, содержащей напиток, например, в случае расфасовки молочных продуктов.

Предпочтительно, чтобы вторая полость 2, образующая теплообменник, характеризовалась соотношением между объемом и площадью, по меньшей мере в два раза меньшим соотношения между объемом и площадью первой полости 1, содержащей охлаждаемый напиток. Охлаждение напитка, содержащегося в первой полости 1 (жестяная банка), достигается путем испарения охлаждающейся жидкости, содержащейся во второй полости 2 (теплообменник). Это испарение инициируется разрежением, вызываемым в полости 2 теплообменника приведением в действие средств сообщения 30 полости, образующей теплообменник, со средствами откачивания 31, после чего это разрежение поддерживается откачиванием паров указанной жидкости.

Для этого самоохлаждающаяся упаковка для напитка в соответствии с настоящим изобретением содержит третью полость 3, содержащую средства откачивания 31, в данном случае выполненную в виде резервуара с осушителями, способными адсорбировать пары охлаждающей жидкости согласно указанному выше физическому принципу.

Согласно предпочтительному варианту осуществления, коническая стенка 21 образующей теплообменник второй полости 2 является также стенкой первой полости 1, содержащей охлаждаемую жидкость. Точно так же, стенка, образующая основание 22 конуса второй полости 2, образующей теплообменник, является также стенкой третьей полости 3, содержащей осушители, причем эта стенка 22 является общей стенкой, включающей в себя средства сообщения 30 между указанными второй и третьей полостями. Предпочтительно, третья полость 3 может содержать средства 32 приведения в действие средств сообщения 30, такие как шток, открывающий указанные средства сообщения 30.

Согласно другому варианту осуществления, теплообменник в соответствии с настоящим изобретением может использоваться в устройстве для охлаждения напитка, содержащегося в открытой емкости, в качестве охлаждающего погружного элемента.

В первом варианте осуществления, который может быть проиллюстрирован фиг.5, охлаждающий погружной элемент содержит теплообменник в соответствии с настоящим изобретением с практически конической полостью 2, соединенной со средствами откачивания 31 при помощи средств сообщения 30, интегрированных в стенку 22, образующую основание полости 2. В этом случае теплообменник поставляется отдельно вместе со встроенными средствами сообщения 30 и может быть соединен с соответствующими средствами откачивания 31, такими как механический или криогенный вакуумный насос или воздушно-вакуумный элемент, содержащий осушители, через трубку, которая может быть выполнена мягкой или жесткой, фиксированной или съемной.

Во втором варианте осуществления, показанном на фиг.7, погружной охлаждающий элемент содержит теплообменник в соответствии с настоящим изобретением с практически конической полостью 2, жестко соединенной со средствами откачивания при помощи стенки 22, образующей основание полости 2. В этом случае теплообменник поставляется вместе с интегрированными средствами сообщения 30 и соответствующими средствами откачивания 31, такими как воздушно-вакуумный элемент, содержащий осушители. В этом случае погружной элемент является одноразовым автономным охлаждающим устройством или устройством, которое может повторно использоваться после регенерации.

1. Устройство для охлаждения жидкости, включающее в себя теплообменник, содержащий полость (2) с охлаждающей жидкостью, способной испаряться под действием разрежения, и с парами указанной жидкости под давлением, меньшим атмосферного давления; средства откачивания (31), выполненные с возможностью откачивания паров указанной охлаждающей жидкости для поддержания разрежения в полости (2),

при этом полость (2) теплообменника содержит, по меньшей мере, одну первую стенку (21), выполненную практически в форме конуса, при которой ее площадь в сечении уменьшается от основания к вершине, и, по меньшей мере, одну вторую стенку (22), образующую основание указанного конуса, при этом первая коническая стенка (21) предназначена для контакта с охлаждаемой жидкостью, а вторая стенка (22) включает в себя средства сообщения (30) со средствами откачивания (31).

2. Устройство для охлаждения по п.1, отличающееся тем, что первая стенка (21) полости (2) имеет конструкцию из ребер.

3. Устройство для охлаждения по п.2, отличающееся тем, что, по меньшей мере, часть ребер жесткости первой стенки имеет между собой нулевую ширину внутри полости, образуя на полости (2) лопатки (23).

4. Устройство для охлаждения по п.1, отличающееся тем, что первая стенка (21) полости (2) содержит участок с постоянной площадью сечения.

5. Устройство для охлаждения по п.1, отличающееся тем, что коническая полость (2) содержит закругленную или приплюснутую вершину (24).

6. Устройство для охлаждения по п.1, отличающееся тем, что объем полости (2) имеет значение, меньшее 2/3 объема, ограниченного внешней поверхностью вращения е, охватывающей указанную полость.

7. Устройство для охлаждения по п.1, отличающееся тем, что внутренние стенки полости (2), по меньшей мере, частично покрыты гидрофильным пористым материалом.

8. Устройство для охлаждения по п.1, отличающееся тем, что в качестве охлаждающей жидкости используют воду и/или воду, содержащую добавку с давлением насыщенного пара при заданной температуре, превышающим давление насыщенного пара воды при той же температуре.

9. Устройство для охлаждения по п.1, отличающееся тем, что полость (2) содержит сепараторное устройство (50) для разделения жидкости и газа.

10. Устройство для охлаждения по п.1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, первая стенка (21) полости (2) выполнена из теплопроводящего материала.

11. Устройство для охлаждения по п.1, отличающееся тем, что средства откачивания (31) выбирают из числа средств, в которые входят адсорбирующий материал, расфасованный под воздушным вакуумом, механический вакуумный насос, криогенный вакуумный насос.

12. Устройство для охлаждения по п.1, отличающееся тем, что полость (2) теплообменника представляет собой погружной элемент, погруженный в охлаждаемую жидкость.

13. Устройство для охлаждения по п.12, отличающееся тем, что полость (2) теплообменника соединена со средствами откачивания (31) при помощи трубки.

14. Устройство для охлаждения по п.12, отличающееся тем, что полость (2) теплообменника жестко соединена со средствами откачивания (31), при этом вторая стенка (22) полости (2), образующая основание конуса, составляет единое целое с указанными средствами откачивания.

15. Самоохлаждающаяся упаковка (10) для напитка, содержащая первую полость (1) с напитком, вторую полость (2), образующую теплообменник, содержащий охлаждающую жидкость, способную испаряться под действием разрежения, и пары указанной охлаждающей жидкости под давлением, меньшим атмосферного давления, третью полость (3), содержащую средства откачивания (31), выполненные с возможностью адсорбции паров указанной охлаждающей жидкости для поддержания разрежения во второй полости (2), при этом указанная полость (2) теплообменника содержит, по меньшей мере, одну первую стенку (21) практически в форме конуса, причем площадь сечения полости (2) уменьшается от основания к вершине, и, по меньшей мере, одну вторую стенку (22), образующую основание указанного конуса, при этом указанная коническая стенка (21) находится в контакте с напитком, содержащимся в первой полости (1), а вторая стенка (22), образующая основание конуса, включает в себя средства сообщения (30) с указанными средствами откачивания (31).

16. Самоохлаждающаяся упаковка для напитка по п.15, отличающаяся тем, что вершина конической формы второй полости (2) направлена вниз, создавая в напитке, содержащемся в первой полости (1), по меньшей мере, один конвекционный поток вдоль оси конуса в процессе адсорбции пара охлаждающей жидкости.

17. Самоохлаждающаяся упаковка для напитка по п.15, отличающаяся тем, что отношение объема к площади поверхности второй полости (2), по меньшей мере, в два раза меньше отношения объема к площади поверхности первой полости (1).

18. Самоохлаждающаяся упаковка для напитка по п.15, отличающаяся тем, что первая стенка (21) полости (2) теплообменника является смежной со стенкой первой полости (1).

19. Самоохлаждающаяся упаковка для напитка по п.15, отличающаяся тем, что вторая стенка (22) полости (2) теплообменника, образующая основание конуса, образует стенку третьей полости (3) и включает в себя средства сообщения (31) между указанными второй и третьей полостями (2, 3).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к криогенной холодильной установке для синхронной машины, имеющей ротор с высокотемпературным сверхпроводящим компонентом. .

Изобретение относится к системам передачи тепловой энергии вакуумным машинам обезвоживания и сушки, в том числе к процессам обработки веществ и материалов, в частности к способам подвода и передачи тепловой энергии в вакуумных сушилках, выпарных машинах и устройствах низкотемпературного обезвоживания в вакууме различных материалов, веществ, и может быть использовано для переработки и утилизации отходов птицеводческих и свиноводческих хозяйств, заводов, производящих спирт, пиво, а также в пищевой, медицинской, микробиологической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к газовой промышленности и может быть использовано на компрессорных (газоперекачивающих) станциях. .

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано при проведении экспериментальных физических исследований в области низких температур. .

Изобретение относится к системам распределительных трубопроводных сетей для транспортировки сжатого сжиженного природного газа под давлением около 1035 - 7590 кПа и при температуре около -123 до около -62oС.

Изобретение относится к системам наземной транспортировки находящегося под давлением сжиженного природного газа при давлении от примерно 1035 кПа до примерно 7590 кПа и при температуре от примерно -123oС до примерно -62oС.

Изобретение относится к системам хранения сжиженного природного газа под давлением (СПГД-топлива) от примерно 1035 до примерно 7590 кПа и при температуре от примерно -123 до примерно -62oС и подачи испаряющегося СПГД-топлива для сгорания в двигателе.

Изобретение относится к ракетно-космической технике, в частности к наземным средствам термостатирования, и предназначено для обеспечения и автоматического поддержания необходимых температурных режимов космических объектов на стартовой позиции путем подачи в них термостатирующих газов (воздуха и азота) высокого давления в широком диапазоне температур при любых климатических и метеорологических условиях, в любое время года и суток.

Изобретение относится к области энергетики и предназначено для получения механической или электрической энергии, а также выработки холода. .

Изобретение относится к конструктивным элементам регистрирующей техники, а именно к элементам конструкции фоточувствительных приборов, предназначенных для регистрации инфракрасного излучения, в частности к криостатам для охлаждаемых многоэлементных фотоприемников

Изобретение относится к области приборостроения, теплоснабжения и холодоснабжения, где может найти применение в системах термостатирования с жидким теплоносителем. Сущность изобретения заключается в том, что в системе жидкостного охлаждения полупроводниковых приборов, включающей циркуляционный контур, в котором установлены насосы, теплообменник, ионообменный фильтр, включенный параллельно насосам, охладитель, подпиточную емкость, расположенную выше любого участка циркуляционного контура и подключенную к всасывающей линии насосов, и измерительные приборы, дополнительно установлены пульсатор, гидроаккумулятор, обратный клапан, подающий и обратный вентили. Параллельно пульсатору, включенному последовательно в циркулярный контур через падающий и обратный вентили, включен охладитель, в подающем трубопроводе которого установлен обратный клапан, а в его обратном трубопроводе перед обратным вентилем - гидроаккумулятор. Изобретение позволяет повысить надежность и эффективность работы системы жидкостного охлаждения полупроводникового прибора. 1 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к установкам для проведения общей воздушной криотерапии. Установка содержит криогенную камеру закрытого типа, снабженную дверью с термоизоляцией и термодатчиком, двухкаскадную холодильную машину с конденсатором, сообщенную через магистраль подачи хладагента с вентилятором и испарителем, и блок питания и управления, пульт управления которого установлен на внешней поверхности криогенной камеры, на входе в испаритель установлен терморегулирующий вентиль. При этом испаритель с вентилятором вмонтированы в потолок криогенной камеры, который ниже испарителя выполнен из перфорированной листовой нержавеющей стали. Криогенная камера снабжена клапаном выравнивания давления с внешней средой с электроподогревом, дверь криогенной камеры выполнена целиком прозрачной и снабжена, в том числе и ее рама, электроподогревом, а пульт управления снабжен сенсорной панелью. Технический результат - расширение арсенала для средств воздушной криотерапии. 2 ил.

Изобретение относится к теплообменным аппаратам и может быть использовано для охлаждения и переохлаждения криогенных жидкостей. По первому варианту цилиндрический вихревой охладитель представляет собой криогенный сосуд с расположенной поверх оболочкой с патрубками входа и выхода охлаждаемой жидкости, патрубком дренажа паров, причем на наружной поверхности сосуда смонтирован теплообменник, а внутри сосуда размещена трубка подачи охлаждающей жидкости, на которой размещен конфузор, обеспечивающий центробежную циркуляцию охлаждаемой жидкости, а на стыке с возвращаемой жидкостью размещен инжектор. По второму варианту цилиндрический вихревой охладитель представляет собой криогенный сосуд с расположенной поверх оболочкой с патрубками входа и выхода охлаждаемой жидкости, патрубком дренажа паров, причем внутри сосуда размещена трубка подачи охлаждаемой жидкости, на которой размещен конфузор, обеспечивающий центробежную циркуляцию охлаждаемой жидкости, а на выходе неиспарившейся жидкости установлен диффузор, обеспечивающий давление на заправку. Изобретение направлено на увеличение глубины охлаждения и уменьшение габаритов. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для передачи тепловой энергии по вертикальным каналам в системах теплоэнергетики. Термосифон содержит корпус, рабочий объем нижней камеры которого заполнен жидкостью, воронку, перегораживающую с зазором нижнюю камеру с паропроводом для транспортировки пара, верхнюю камеру, клапан для сбрасывания воздуха наружу, причем в верхнюю камеру введен корпус конденсатора, заполненный до заданного уровня жидкостью и соединенный с паропроводом, подключенным к сифону, конец которого размещен в жидкости конденсатора. В корпусе конденсатора выполнены отверстия и введена с зазором относительно корпуса дополнительная воронка, расположенная на уровне его жидкости, а верхняя часть корпуса оснащена клапаном. Сифон может быть выполнен в виде перевернутого стакана над паропроводом, а в испарительной зоне может быть размещен кольцевой мелкоячеистый наполнитель из металла. Технический результат - повышение эффективности испарения жидкости. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к холодильной технике. Устройство для охлаждения потребителя холода включает контур охлаждения (2) для циркуляции охлаждающей жидкости. Контур включает насос (5) и переохладитель (6), имеющий контейнер (7), жидкостно соединенный через подводящий трубопровод (12) с дроссельным вентилем (14) с баком (11) для хранения охлаждающей жидкости и служащий для размещения охлаждающей ванны. Трубопровод (15) для отвода газа, расположенный на контейнере (7), для отвода испарившейся охлаждающей жидкости. Теплообменник (9), который погружен в охлаждающую ванну (8) и интегрирован в контур охлаждения (2). От контура охлаждения (2) ответвлен соединительный трубопровод (17), жидкостно соединенный с баком (11) для хранения и/или с подводящим трубопроводом (12), ведущим к охлаждающей ванне (8) переохладителя (6), выше по потоку от дроссельного вентиля (14). Техническим результатом является возможность обойтись без использования отдельного сосуда для уравнивания. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к теплообменнику для охлаждения жидкости с использованием способа испарения и адсорбции

Наверх