Охолодження транспортного засобу для перевезення харчових продуктів із застосуванням рідкого азоту

Даний винахід відноситься до способів і пристрою для охолодження харчових продуктів, що доставляються транспортним засобом в ряд послідовно розташованих місць вивантаження. Харчові продукти звичайно доставляють в бакалійно-гастрономічні магазини вантажівками, які перевозять таку кількість продуктів, якої достатньо для забезпечення великої кількості магазинів. Отже, така вантажівка почергово зупиняється біля кожного з великої кількості магазинів, робітники кожного магазина входять у вантажівку і вивантажують потрібні кількості продуктів. Деякі вантажівки перевозять харчові продукти, які повинні бути охолодженими. Для цього у вантажівці є система охолодження, звичайно механічна компресорна система, яка також містить випарник і конденсатор. Така система дорого коштує і схильна до механічних пошкоджень, при виникненні яких харчові продукти можуть зіпсуватися. Крім того, охолоджуюча речовина, що циркулює в такій системі, може забруднювати атмосферу у разі витоку. Відомі системи охолодження для автомобілів, в яких як джерело холоду використовують рідкий азот у поєднанні з компресорними системами або замість них. Однак їх недолік полягає в тому, що простір, який охолоджується шляхом прямого введення в нього рідкого азоту, буде містити атмосферу, що має так багато газоподібного азоту, що вона буде непридатною для дихання і, отже, небезпечною для робітників. Приклади автомобілів-рефрижераторів, що використовують рідкий азот, можна знайти в патентах США 4,060,400 і 3,464,222, а також у радянському патенті №1,204,888. У патенті США 4,060,400 описаний напівпричіп-рефрижератор, призначений для транспортування заморожених харчових продуктів на короткі і довгі відстані. З цією метою напівпричіп оснащений автоматизованим пристроєм охолодження, що включає як компресорну систему, так і кріогенну систему. Компресорна система використовується для первинного охолодження порожнього внутрішнього простору трейлера до заданого рівня. У ситуаціях, коли компресорна система неефективна і потрібне додаткове охолодження, безпосередньо в простір, що охолоджується, подають рідкий азот. Такий пристрій має вищеописані недоліки компресорних систем. Крім того, система із застосуванням рідкого азоту не може бути використана під час завантаження/розвантаження автомобіля, оскільки у вантажівці утворюється атмосфера, непридатна для дихання. У радянському патенті №1,204,888 описана транспортна система охолодження для транспортування швидкопсувних продуктів, в якій рідкий азот подається у відкриті піддони, розташовані вздовж внутрішніх бічних стінок кузова рефрижератора. Рідкий азот випаровується в піддонах, внаслідок чого холодний газоподібний азот виходить із піддонів і заповнює кузов трейлера, охолоджуючи таким чином вантаж, що транспортується. У цій системі відсутні заходи безпеки, які забезпечують придатну для дихання атмосферу, і можливість безпечного і ефективного охолодження при відкритих дверях. У патенті США №3,464,222 описаний транспортний рефрижератор у вигляді залізничного вагона, в якому використовується система охолодження рідким азотом. Рідкий азот пропускається через систему розпилювальних трубок і одночасно через випарну конструкцію. При проходженні через випарну конструкцію рідкий азот перетворюється в газоподібний азот, який використовується для приведення в дію вентилятора, що подає повітря в простір, який охолоджується, для підтримки певного складу середовища, яке його заповнює. Таким чином, коли всередині простору розпилюється рідкий азот, у простір подається повітря. При цьому, однак, все одно є серйозна загроза безпеки, оскільки в просторі, що охолоджується, буде міститися значна кількість газоподібного азоту в тому випадку, коли розпилення повинно відбуватися під час завантаження або розвантаження вагона. Якщо під час завантаження або розвантаження таке розпилення не проводити, то вагон може нагрітися до дуже високої температури, що створює загрозу для якості продуктів. В одному з аспектів даний винахід відноситься до способу підтримування певної температури в просторі транспортного засобу для перевезення харчових продуктів, що охолоджується, який включає наступні етапи: A) охолодження простору, що охолоджується, до заданої температури шляхом розпилення рідкого азоту всередині простору; B) припинення етапу А); C) пропускання рідкого азоту через теплообмінник, що проходить крізь вікно, яке з'єднує простір із навколишнім повітрям; і D) запуск вентилятора для нагнітання повітря через вікно і теплообмінник у простір, за рахунок чого навколишнє повітря охолоджується в теплообміннику і витісняє газоподібний азот із простору, створюючи холодну, придатну для дихання атмосферу. У відповідності з другим аспектом винаходу температура простору, що охолоджується, може бути спочатку знижена, а потім може підтримуватися під час завантаження харчових продуктів за рахунок роботи вентилятора в реверсивному режимі, при якому повітря зі складу, що охолоджується, втягується в простір, що охолоджується, проходить крізь нього і далі випускається назовні через вікно. Азот у цей час не витрачається. У ще одному аспекті даний винахід відноситься до рефрижераторного транспортного засобу для перевезення охолоджених харчових продуктів. Транспортний засіб включає кузов, створюючий простір для продуктів, що охолоджується, джерело рідкого азоту, встановлене на транспортному засобі, і вікно для сполучення простору з навколишнім повітрям, виконане в стінці транспортного засобу. У вікні встановлений теплообмінник, а також є вентилятор для нагнітання навколишнього повітря через вікно і теплообмінник у простір, за рахунок чого навколишнє повітря охолоджується в теплообміннику. У просторі розміщена система розпилювачів і є система трубопроводів для подачі рідкого азоту з джерела в систему розпилювачів і теплообмінник. У системі трубопроводів передбачена система клапанів, яка може бути вибірне переведена в перше положення, при якому забезпечується подача рідкого азоту в систему розпилювачів, але не в теплообмінник, і у друге положення, при якому забезпечується подача рідкого азоту в теплообмінник, але не в систему розпилювачів. Короткий опис малюнків Задачі і переваги винаходу будуть більш зрозумілі з подальшого докладного опису переважних варіантів його здійснення з посиланнями на відповідні малюнки, де однакові цифри означають однакові елементи і де показані: На Фіг.1 - трьохмірне зображення рефрижераторного транспортного засобу по винаходу, з частковим вирізом бічної і верхньої стінок; На Фіг.2 - вигляд збоку розпилювальної головки, встановленої в транспортному засобі, показаному на Фіг.1; і На Фіг.3 - перетин частини вертикальної передньої стінки транспортного засобу, а також теплообмінник і вентиляційна система, встановлені в цій вертикальній стінці. Докладний опис переважних варіантів здійснення винаходу На Фіг.1 показана вантажівка-рефрижератор 10 для перевезення швидкопсувних продуктів. Вантажівка містить кузов або корпус, утворений передньою стінкою 12, задньою стінкою 14, верхньою стінкою 16, підлогою 18 і бічними стінками 20, 22, при цьому деякі або всі стінки переважно теплоізольовані. У задній стінці 14 є двері 24, що забезпечують доступ у простір кузова вантажівки, що охолоджується, для завантаження або вивантаження продуктів. Під підлогою 18 встановлений бак 26 для рідкого азоту. В альтернативі бак може бути вбудований у стінки кузова вантажівки. Всередині простору, що охолоджується, встановлена велика кількість розпилювальних головок 30, кожна з яких містить велику кількість розпилювальних сопел 31, сполучених із колектором. Розпилювальні головки 30 встановлені під верхньою стінкою 16 і знаходяться в рідинному сполученні з баком 26 за допомогою головного трубопровода 32 і відповідних вторинних трубопроводів 34. У кожному вторинному трубопроводі 34 розташований дистанційно керований клапан 36 для управління подачею рідкого азоту в розпилювальні головки 30. Сопла 31 переважно встановлені віялом і здійснюють розпилення у всіх горизонтальних напрямках. При цьому розпилювальні головки 30 знаходяться на деякій горизонтальній відстані одна від одної і від вертикальних стінок 12, 14, 20, 24 і розміщені вздовж поздовжньої центральної лінії поблизу верхньої стінки простору, що охолоджується. Кількість розпилювальних головок 30 може бути різною в залежності від довжини простору і від того, чи розділяється простір на відсіки, як буде описано нижче. У верхній частині простору знаходиться також випарна панель 40, сполучена з баком 26 трубопроводом 46. Панель 40 може мати звичайну конструкцію, тобто складатися з трубопровода або трубчастого змійовика, що знаходиться в тепловому контакті з великою поверхнею теплообміну (не показана). Панель закріплена під верхньою стінкою 16 із невеликим зазором між ними для забезпечення адекватного теплообміну з атмосферою всередині простору. Для більш ефективної роботи теплообмінної поверхні панелі ця поверхня може бути виконана перфорованою і/або гофрованою або забезпечена спеціальними покриттями або пристосуваннями, що традиційно використовуються і які запобігають заледенінню. Дистанційно керований клапан 41 регулює потік рідкого азоту через випарник. У передній стінці 12 виконане вікно 42, через яке простір, що охолоджується, сполучається з навколишнім повітрям. Вікно переважно виконане з можливістю відкривання/закривання за допомогою будь-якої відповідної звичайної конструкції, наприклад, системи заслінок 43, розсувних або навісних дверей (не показана). У вікні 42 встановлений теплообмінник 44 (Фіг.3). Теплообмінник 44 має звичайну конструкцію, наприклад, містить змійовики, по яких може текти рідкий азот. Теплообмінник 44 сполучений із баком 26 через трубопровід 46, а подачу рідкого азоту в теплообмінник 44 регулюють за допомогою дистанційно керованого клапана 48. У вікні 42 розміщений вентилятор, наприклад, лопатевий вентилятор 50, для нагнітання навколишнього повітря через вікно 42 і теплообмінник 44. Якщо для закриття вікна 42 використовується система заслінок, то заслінки можуть мати привід від двигуна або закриватися за допомогою пружин, а потім примусово відкриватися потоком повітря. Як буде показано далі, при роботі вентилятора, відкритій системі заслінок 43 і пропусканні рідкого азоту через теплообмінник простір вантажівки, що охолоджується, може бути очищений від газоподібного азоту за рахунок його продування охолодженим навколишнім повітрям, внаслідок чого всередині простору утворюється атмосфера, яка придатна для дихання і має температуру, досить низьку для того, щоб підтримувати харчові продукти добре охолодженими. У внутрішньому просторі встановлені датчики температури 62 для визначення температури у відповідних ділянках цього простору. Для регулювання подачі рідкого азоту вибірне в розпилювальні головки 30, випарну панель 40 і теплообмінник 44 є головний контролер 60, який підключений до датчиків 62 і клапанів 36, 41, 48. Контролер 60 також підключений до двигунів приводу вентилятора 50 і системи заслінок 43 (у разі приводу двигуном) для того, щоб при вимкненому вентиляторі 50 і закритому клапані 48 вікно 42 було закритим. Для того, щоб мінімізувати кількість рідкого азоту, необхідного для охолодження простору, бажано, щоб вікно 42 було закритим, коли простір, що охолоджується, знаходиться в охолодженому стані. Крім того, може бути передбачений вимикач (не показаний), реагуючий на відкривання/закривання задніх дверей 24. Коли двері відкриті, клапани 36 по вимогам безпеки будуть автоматично переведені в закритий стан. У разі необхідності рефрижераторний простір може бути розділений на окремі відсіки однією або більше перегородками 63. При роботі бак 26 заповнюють рідким азотом при -196°С. Перед завантаженням вантажівки харчовими продуктами простір вантажівки, що охолоджується, заздалегідь охолоджують шляхом відкривання клапанів 36 в напрямку розпилювальних головок 30, чим забезпечується розпилення рідкого азоту всередині простору, що охолоджується. Рідкий азот випаровується і охолоджує простір, стінки кузова і всі внутрішні елементи до бажаної Температури. Це може бути зроблено, поки вантажівка знаходиться в дорозі до місця завантаження або чекає завантаження на місці. При досягненні заданої температури, яка контролюється температурними датчиками 62, клапани 36 повністю або частково закривають. Під час цієї операції всередині простору, що охолоджується, утворюється атмосфера майже чистого газоподібного азоту, яка не придатна для нормального дихання. Тому перед операцією завантаження простір, що охолоджується, повинен бути продутий повітрям. Операція продування виконується шляхом відкривання клапана 48, який пропускає рідкий азот у теплообмінник 44, відкривання системи заслінок 43 і дверей 24 (або окремого вентиляційного отвору) і запуску вентилятора 50. Таким чином, навколишнє повітря нагнітається в простір, що охолоджується, і витісняє газоподібний азот через відкриті двері 24. Важливо те, що поступаючи навколишнє повітря охолоджується при проходженні через теплообмінник 44, внаслідок чого в просторі підтримується потрібна температура. Під час цієї операції температура повітря в просторі контролюється датчиками 62, а контролер 60 забезпечує регулювання рівня охолодження повітря, що поступає, і запобігає переохолодженню внутрішнього простору від за рахунок управління клапаном 48. Для економії часу процедура продування може бути виконана до прибуття вантажівки в місце завантаження. Харчові продукти завантажують після того, як простір, що охолоджується, заповниться повітрям і буде отримана потрібна температура. На час завантаження клапан 48 закривають, вентилятор 50 вимикають і відкривають клапан 41, який забезпечує подачу рідкого азоту у випарник 40, який охолоджує внутрішнє повітря, що контактує з теплообмінними поверхнями випарника. Під час завантаження внутрішня температура контролюється датчиком 62, і контролер відкриває/закриває клапан 41 по мірі необхідності, чим забезпечується підтримка заданої внутрішньої температури. Після завантаження продуктів двері 24 закривають і вантажівка відправляється в перший пункт призначення. У дорозі функцію охолодження перемикають назад на розпилювальні головки 30 шляхом закривання клапана 41 і відкривання клапанів 36. Якщо вантажівка зазнає сильних теплових навантажень, наприклад, якщо навколишнє повітря надто тепле, розпилювальне охолодження може бути додатково посилене випарним охолодженням за рахунок повного або часткового відкривання клапана 41 і подачі рідкого азоту у випарник 40. Коли вантажівка прибуває в перший пункт призначення, необхідно очистити рефрижераторний простір від газоподібного азоту. Отже, описану вище операцію продування повторюють: клапани 36 і 41 закривають, а клапан 48 відкривають і направляють рідкий азот у теплообмінник 44. Систему заслінок 43 відкривають і запускають вентилятор 50. Ця операція може бути почата до того, як вантажівка прибуде в перший пункт призначення для того, щоб після прибуття вантажівка була вже готова до розвантаження. Під час розвантаження температура всередині рефрижераторного простору може підтримуватися за рахунок включення випарника 40. Вищеописані операції повторюють при переміщенні вантажівки між численними пунктами розвантаження, забезпечуючи при цьому підтримування продуктів при належній температурі. Важливо те, що рідкий азот, що проходить крізь теплообмінник 44 або випарник 40, буде перетворюватися в інертний газоподібний азот і може бути викинутий в навколишню атмосферу (наприклад, через вентиляційний отвір 46А) без її забруднення. Особливо переважна модифікація вищеописаного послідовність етапів можлива при використанні реверсивного вентилятора, який здатний видувати повітря з простору вантажівки, що охолоджується. Якщо продукти повинні бути завантажені у вантажівку зі складу, що кондиціонується, то для попереднього охолодження внутрішнього простору вантажівки перед завантаженням продуктів вантажівку подають заднім ходом у склад, внаслідок чого після відкривання дверей 24 простір, що охолоджується, сполучається з приміщенням складу, що кондиціонується (охолоджується). Потім вентилятор 50 включають у зворотному напрямку, він втягує зі складу холодне повітря і проганяє його по всьому простору, що охолоджується. Таким чином, температура простору, що охолоджується, знижується без використання азоту. Під час цієї робочої фази клапани 48 і 41 "вимкнені". Коли температура простору, що охолоджується, досягне заданого значення, починається завантаження продуктів, у той час як вентилятор продовжує працювати в реверсивному режимі, підтримуючи низьку температуру. Таким чином досягається економія рідкого азоту. Бак 26 може мати будь-яку відповідну конструкцію. Наприклад, бак може бути збірним, у вигляді групи ємкостей малого діаметра, вбудованих у загальний функціональний модуль. Кожна ємкість може містити коаксиальні внутрішню і зовнішню стінку, розділені екранно-вакуумною теплоізоляцією. Підвищення тиску рідкого азоту в баку може здійснюватися будь-яким відповідним способом, наприклад, шляхом використання насоса або занурення і рідкий азот невеликого електричного нагрівника. Як було відзначено вище, простір, що охолоджується, може бути розділений на велику кількість окремих камер відповідними перегородками 63. Перегородка 63 може бути встановлена будь-яким відповідним способом, наприклад, вона може бути підвішена на петлях під верхньою стінкою 16, із можливістю повороту у верхнє неробоче положення, коли вона не потрібна. Якщо перегородка передбачена, то розпилювальні головки 30, розташовані в кожній камері, будуть окремо сполучатися з баком 26, а випарник буде розділений на окремі секції, що малися у відповідних камерах і забезпечені відповідними клапанами 41. Таким чином, у камерах можуть підтримуватися різні температури, наприклад, для зберігання продуктів, що мають різні вимоги до теплових умов. Контролер буде реагувати на відповідні температурні датчики, підтримуючи належні температурні умови в кожній камері. В ідеальному випадку, камера, розташована в задній частині простору, є більш високотемпературною, ніж камера, розташована в передній частині простору. Тоді задня частина простору може бути охолоджена виключно за допомогою встановленої в ній секції випарника. Отже, розпилювальні головки 30 у задній камері не будуть включатися, і продування задньої камери для видалення газоподібного азоту не буде потрібно. Таким чином, вентилятор/теплообмінник 44, 50 буде використовуватися тільки для продування передньої камери. У верхній стінці 16 поруч із вікном 42 може бути виконаний вентиляційний отвір, що забезпечує відведення азоту з переднього відсіку, оскільки передній відсік не сполучається з дверима 24 у разі використання перегородки. Перегородка може бути не тільки підвішена, але і встановлена будь-яким іншим відповідним способом, в тому числі з можливістю її переміщення вперед і назад, за рахунок чого можуть регулюватися розміри відповідних відсіків. Перевагою даного винаходу є те, що він забезпечує можливість вибірного охолодження рефрижераторного транспортного засобу за допомогою трьох різних механізмів використання рідкого азоту: розпилювачів 30, випарника 40 і теплообмінника 44. При використанні розпилювачів система вентилятор/теплообмінник забезпечує можливість швидкого очищення кузова від газоподібного азоту при одночасному підтримуванні належної температури продуктів. Таким чином, описаний транспортний засіб ідеально пристосований для почергового вивантаження продуктів у велику кількість пунктів вивантаження. Хоча даний винахід описаний на прикладі переважних варіантів його здійснення, фахівцям у відповідній області буде зрозуміло, що різні вузли і деталі, конкретно не описані, можуть бути додані, виключені, модифіковані і замінені, якщо це не виходить за межі області винаходу, яка визначається прикладеною формулою винаходу.